專利名稱：剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，特別是提供了一種利用柔性材料錐面齒輪錐型圓周面的摩擦力，使嚙合齒輪組在分離狀態(tài)轉(zhuǎn)換為嚙合狀態(tài)過程中的轉(zhuǎn)速接近同步后變換位置于剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)，適合在變速器和離合器中使用。
背景技術(shù)：
動(dòng)力輸出裝置需要將適合的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩傳遞到負(fù)載側(cè)，例如汽車等交通工具，廣泛使用齒輪及其他傳動(dòng)裝置改變轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，各種變速裝置被廣泛使用。其中齒輪傳動(dòng)被公認(rèn)為傳動(dòng)效率高，裝置體積小且結(jié)構(gòu)簡單。采用齒輪變速的裝置存在變換擋位時(shí)需要同步嚙合的問題，目前采用的各種同步鎖定裝置都需要采用單獨(dú)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成，增加了裝置的成本同時(shí)也降低了可靠性。近年來在變速器設(shè)計(jì)和應(yīng)用領(lǐng)域受到人們的關(guān)注，先后公開了許多發(fā)明創(chuàng)造，如中國發(fā)明專利201220018764等。這些發(fā)明創(chuàng)造普遍存在的難題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)力傳輸效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，該齒輪利用柔性材料齒輪錐型圓周面的摩擦力使嚙合齒輪組的轉(zhuǎn)速接近同步后變換位置于剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)。齒輪哨合的過程在外力推動(dòng)下自動(dòng)完成。本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，是由柔性材料制作的錐型圓周面齒輪與同樣模數(shù)和齒數(shù)的剛性材料齒輪鎖定并夾緊為一體齒輪，這個(gè)齒輪是與具有相同圓錐角錐型圓周面和齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的兩個(gè)齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組中的一個(gè)，嚙合齒輪組中被動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的錐型圓周面布置在齒輪組從分離后重新嚙合運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)的一側(cè)，控制這組齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)過程中相對(duì)的錐型圓周面先接觸進(jìn)入摩擦傳動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)齒輪組中的兩個(gè)齒輪接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)變換位置于剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)。嚙合齒輪組中至少包含一個(gè)齒輪是由柔性材料制作的錐型圓周面齒輪與同樣模數(shù)和齒數(shù)的剛性材料齒輪鎖定并夾緊為一體的齒輪，另一個(gè)齒輪可使用具有同樣結(jié)構(gòu)的齒輪，也可以使用具有相同圓錐角錐型圓周面和相同齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的鋼質(zhì)剛性齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組，采用后一種組合的情況下帶有柔性材料的齒輪適合用于主動(dòng)輪，降低由于摩擦引起的柔性齒輪錐型圓周面上不對(duì)稱的磨損。齒輪錐型圓周面的位置在兩個(gè)齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)相對(duì)應(yīng)一側(cè)的齒頂圓至齒根圓的整個(gè)圓周上。為了這個(gè)錐型圓周面的完整，應(yīng)使這個(gè)圓周面超出齒根圓直徑的范圍，對(duì)于外齒圓柱齒輪，超出范圍的直徑應(yīng)小于齒根圓直徑2mm至3mm ;對(duì)于圓柱內(nèi)齒輪,超出范圍的直徑應(yīng)大于齒根圓直徑2mm至3mm。齒輪錐型圓周面圓錐角的大小可在5°至160°之間選擇,最佳的圓錐角在30°至120°之間。圓錐角越小，傳動(dòng)齒輪組之間錐型圓周面的接觸面積越大，產(chǎn)生的摩擦力也越大，但齒輪的齒寬增加，變換擋位的行程也相應(yīng)增加，不利于變速裝置整體的小型化。
柔性材料制作的錐型圓周面齒輪的材料可以使用硬橡膠、工程塑料、鑄鐵、低硬度合金和高分子彈性材料等相對(duì)鋼質(zhì)剛性齒輪摩擦性能好并具有彈性和耐磨性的材料制造。例如在有潤滑油的齒輪箱體中，可采用銅基合金制造柔性錐型圓周面齒輪，與之配對(duì)的柔性圓周面齒輪則可以用鑄鐵制造。嚙合齒輪組中的齒輪可采用圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成，增大齒輪組間摩擦錐型圓周面的接觸面積和摩擦力。嚙合齒輪組中的齒輪若采用相同齒數(shù)和模數(shù)的圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成，齒輪組之間錐型圓周面的接觸面積和摩擦力最大，構(gòu)成摩擦同步嚙合后等速傳動(dòng)的離合器。嚙合齒輪組中形成錐型圓周面處的不完全齒輪齒牙與圓周面的交界邊沿采用邊倒圓角加工，可避免錐型圓周面的摩擦損傷。倒圓角的半徑不能過大，一般在Imm以下為宜，否則會(huì)減少錐型圓周面的面積。對(duì)于嚙合齒輪組中全部采用剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪傳動(dòng)的組合，剛性齒輪與柔性齒輪結(jié)合面處的鋼質(zhì)齒輪齒牙邊緣需采用倒斜角處理，防止嚙合過程中由于柔性齒輪的受力變形導(dǎo)致鋼質(zhì)齒輪齒牙間的軸向頂死。


圖1.是本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪的結(jié)構(gòu)圖；圖2.是本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪的工作原理示意圖；圖3.是采用擋位方式機(jī)械控制齒輪嚙合的機(jī)構(gòu)示意圖；圖4.是采用圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組的傳動(dòng)示意圖；圖5.是采用等齒數(shù)圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪組成離合器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，柔性材料錐面齒輪I和剛性材料齒輪2的模數(shù)和齒數(shù)相同，兩個(gè)齒輪的齒牙對(duì)齊后用壓蓋3和緊固螺桿4壓緊形成一體齒輪，構(gòu)成本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪。柔性材料齒輪的一側(cè)加工出錐型圓周面，圓周面從齒頂圓覆蓋至齒根圓，圖1中5是這個(gè)錐面的半錐角α /2。錐型圓周面上的不完全齒輪齒牙與圓周面的相交邊沿采用邊倒圓角處理。鋼質(zhì)材料的剛性齒輪內(nèi)孔開出與花鍵軸滑動(dòng)配合的花鍵槽，便于控制裝置使其在花鍵軸上移動(dòng)。圖2中花鍵軸6上安裝有本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，鋼質(zhì)的錐型圓周面齒輪7采用齒輪與軸一體的工藝制作，花鍵軸6與鋼質(zhì)錐面齒輪軸7相距兩個(gè)嚙合齒輪節(jié)圓半徑之和的距離平行安裝，構(gòu)成一對(duì)傳動(dòng)齒輪組。剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪在花鍵軸6上按方向8移動(dòng)達(dá)到圖2中標(biāo)記為LI的距離后，兩個(gè)齒輪的錐型圓周面相接觸，靠摩擦力使兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)速接近同步，在外力持續(xù)作用下剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪按方向8移動(dòng)達(dá)到圖2中標(biāo)記為L的距離后鎖定位置，傳動(dòng)齒輪組變換位置進(jìn)入剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)。需要分離時(shí)剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪按方向9移動(dòng)L距離即可進(jìn)入空檔位置。圖2中的α角就是錐型圓周面的圓錐角。外力推動(dòng)圖2中花鍵軸6上安裝的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪按方向8移動(dòng)進(jìn)入嚙合狀態(tài)過程中，兩個(gè)嚙合齒輪的錐型圓周面接觸進(jìn)入摩擦傳動(dòng)狀態(tài)時(shí)，需要提供一個(gè)合適的恒定軸向推力，采用液壓或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置容易實(shí)現(xiàn)這樣的要求。如果采用機(jī)械式位置操縱控制裝置則需使用彈性元件來均衡這個(gè)推力。圖3是采用緩沖彈簧實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的操控裝置示意圖。圖3中10是彈簧，12是壓緊彈簧的推力軸承，13是操控?fù)懿?，需要齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)時(shí)撥叉沿方向11運(yùn)動(dòng)達(dá)到齒輪組完成嚙合的距離，通過可在鋼質(zhì)齒輪連體的圓筒上滑動(dòng)的推力軸承12將彈簧壓緊，由彈簧推動(dòng)剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪運(yùn)動(dòng)并在齒輪組嚙合前提供一個(gè)均衡的錐型圓周面之間的壓力，齒輪組轉(zhuǎn)速接近同步后再由彈簧10推動(dòng)剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪換位于剛性齒輪的嚙合狀態(tài)。圖4是采用圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組的傳動(dòng)示意圖，圖中的鋼質(zhì)圓柱內(nèi)齒輪17與柔性材料制作的錐型圓周面內(nèi)齒輪18通過鎖定銷16和壓蓋15鎖定并壓緊后構(gòu)成一體齒輪，與采用齒輪與軸一體的工藝制作鋼質(zhì)錐型圓周面齒輪7構(gòu)成傳動(dòng)齒輪組。當(dāng)這兩個(gè)齒輪的錐型圓周面相接觸時(shí)由于圓周面曲率方向相同，接觸面積增加，可以傳遞較大的同步牽引摩擦力。圖5中采用等齒數(shù)圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪組成傳動(dòng)齒輪組，鋼質(zhì)齒輪19通過花鍵孔安裝在花鍵軸22上，由銅基合金制作的柔性錐型圓周面齒輪20與鋼質(zhì)齒輪19用螺桿定位并緊固構(gòu)成一體齒輪。由鑄鐵制作的柔性錐型圓周面內(nèi)齒輪23同鋼質(zhì)圓柱內(nèi)齒輪17定位并緊固構(gòu)成剛?cè)嵋惑w錐型圓周面圓柱內(nèi)齒輪。上述的兩個(gè)齒輪組成等齒數(shù)的剛?cè)嵋惑w錐型圓周面?zhèn)鲃?dòng)齒輪組，摩擦傳動(dòng)由銅基合金材料與鑄鐵材料的錐型圓周面完成，可獲得較大的摩擦力。由于銅基合金和鑄鐵材料的耐油性能好，不影響剛性齒輪的潤滑，當(dāng)摩擦傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，這兩種材料又能快速散發(fā)摩擦產(chǎn)生的熱量。齒數(shù)相等的圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪的錐型圓周面接觸面積最大，可以傳遞較大的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。當(dāng)這個(gè)齒輪組完成摩擦同步進(jìn)入剛性嚙合狀態(tài)后兩個(gè)齒輪軸的轉(zhuǎn)速相等，構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)離合器。由于這種離合器正常運(yùn)行時(shí)為剛性齒輪傳動(dòng)，動(dòng)力損失小，效率高，并兼有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征是由柔性材料制作的錐型圓周面齒輪與同樣模數(shù)和齒數(shù)的剛性材料齒輪鎖定并夾緊為一體齒輪，這個(gè)齒輪是與具有相同圓錐角錐型圓周面和齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的兩個(gè)齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組中的一個(gè)，嚙合齒輪組中被動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的錐型圓周面布置在齒輪組從分離后重新嚙合運(yùn)動(dòng)方向相對(duì)的一側(cè)，控制這組齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)過程中相對(duì)的錐型圓周面先接觸進(jìn)入摩擦傳動(dòng)，當(dāng)傳動(dòng)齒輪組中的兩個(gè)齒輪接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)變換位置于剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征在于嚙合齒輪組中至少包含一個(gè)齒輪是由柔性材料制作的錐型圓周面齒輪與同樣模數(shù)和齒數(shù)的剛性材料齒輪鎖定并夾緊為一體的齒輪，另一個(gè)齒輪可使用具有同樣結(jié)構(gòu)的齒輪，也可以使用具有相同圓錐角錐型圓周面和相同齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的剛性齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組，采用后一種組合的情況下帶有柔性材料的齒輪適合用于主動(dòng)輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征在于齒輪的錐型圓周面的位置在兩個(gè)齒輪進(jìn)入嚙合狀態(tài)相對(duì)應(yīng)一側(cè)的齒頂圓至齒根圓的整個(gè)圓周上，齒輪錐型圓周面圓錐角的大小可在5°至160°之間選擇，最佳的圓錐角在30°至120°之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征在于由柔性材料制作的錐型圓周面齒輪的材料可以使用硬橡膠、工程塑料、鑄鐵、低硬度合金和高分子彈性材料等相對(duì)鋼質(zhì)剛性齒輪摩擦性能好并具有彈性和耐磨性的材料制造。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征是控制齒輪組分離與嚙合可采用電動(dòng)和液壓控制，在齒輪組進(jìn)入嚙合狀態(tài)過程中提供恒定的錐型圓周面之間合適的壓力，采用擋位方式機(jī)械控制可用緩沖彈簧均衡這個(gè)壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征是嚙合齒輪組中的齒輪可采用圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成，增大齒輪組之間錐型圓周面的接觸面積和摩擦力。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征是嚙合齒輪組中的齒輪若采用相同齒數(shù)和模數(shù)的圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪構(gòu)成，齒輪組間摩擦錐型圓周面的接觸面積和摩擦力最大，構(gòu)成摩擦同步嚙合后等速傳動(dòng)的離合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，其特征是形成錐型圓周面處的不完全齒輪齒牙與圓周面的交界邊沿采用邊倒圓角加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪，特別是提供了一種利用柔性材料錐面齒輪錐型圓周面的摩擦力，使嚙合齒輪組在分離狀態(tài)轉(zhuǎn)換為嚙合狀態(tài)過程中的轉(zhuǎn)速接近同步后變換位置于剛性齒輪之間的嚙合傳動(dòng)，齒輪嚙合的過程在外力推動(dòng)下自動(dòng)完成。采用本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪用于變速裝置，可簡化變速裝置的設(shè)計(jì)和制造，提高變速裝置的可靠性和提高動(dòng)力傳輸效率。本發(fā)明的剛?cè)嵋惑w錐面同步嚙合齒輪用于連軸器使用時(shí)具有動(dòng)力傳輸?shù)母咝什⒖珊喕浣Y(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F16H37/02GK103195897SQ20131012929
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者鄒吉武 申請(qǐng)人:鄒吉武