齒輪及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的齒輪，具有多個輪齒(3)，并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，各個輪齒(3)的齒根側(cè)形狀(b)形成為包含第1曲面(c)和第2曲面(d)，所述第1曲面(c)是與漸開線曲線的齒面(a)平滑連接的曲面，并由相對于所述漸開線曲線的齒面向相反方向凸出的曲線來表示，所述第2曲面(d)與所述第1曲面(c)平滑連接，并由相對于所述第1曲面(c)向相同方向凸出的二次函數(shù)來定義。由此，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時能減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，獲得輪齒的高強(qiáng)度化。
【專利說明】齒輪及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個輪齒并利用與配對齒輪的輪齒的嚙合而在兩軸之間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪，具體來說涉及一種當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，具有能實現(xiàn)輪齒的高強(qiáng)度化的齒形形狀的齒輪及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，對于汽車和精密機(jī)械等動力傳遞機(jī)構(gòu)所使用的齒輪，實施了各種提高輪齒強(qiáng)度的方法。
[0003]作為這種齒輪,有這樣一種具有輪齒和齒槽的環(huán)形齒輪,即，在使輪齒與介由其齒面而聯(lián)動的配對齒輪(小齒輪)相卡合的形式的齒輪中，齒面在小齒輪的最后卡合點之后，從齒頂向齒底而接近由小齒輪畫出的、相對于基準(zhǔn)齒面投影成垂直截面的次擺線，所述齒槽在橫截面看時在齒底區(qū)域呈尖的拱形(例如參照日本專利特表2004-519644號公報)。
[0004]但是,在日本專利特表2004-519644號公報所記載的齒輪中，由于相鄰的輪齒與輪齒之間的齒槽在橫截面看時，在齒底的區(qū)域呈尖的拱形，因此，是一種齒底形成尖三角狀的凹點的齒輪。在這種齒輪中，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時容易在齒底的凹點產(chǎn)生應(yīng)力集中，有增大發(fā)生應(yīng)力并使之破損的可能。因此，要求包含齒底在內(nèi)的輪齒整體的高強(qiáng)度化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，為了解決這類問題，本發(fā)明所要解決的課題是，提供具有這樣一種齒形形狀的齒輪及其制造方法，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時能減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，獲得輪齒高
強(qiáng)度化。
[0006]用于解決課題的手段
[0007]為了實現(xiàn)上述課題，第I實施形態(tài)的齒輪是，具有多個輪齒，并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，各個輪齒的齒根側(cè)形狀形成為包含第I曲面和第2曲面，所述第I曲面是與漸開線曲線的齒面平滑連接的曲面，并由相對于所述漸開線曲線的齒面向相反方向凸出的曲線來表示，所述第2曲面與所述第I曲面平滑連接，并由相對于所述第I曲面向相同方向凸出的二次函數(shù)來定義。
[0008]所述第2曲面，其輪齒直角截面的形狀也可做成具有不與所述嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的曲線形狀。
[0009]所述第I曲面，其輪齒直角截面的形狀也可為具有不與所述嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的圓弧形狀，或沿著所述運(yùn)動軌跡的干涉區(qū)域的樣條曲線的形狀。
[0010]而采用第I實施形態(tài)的齒輪，由于各個輪齒的齒根側(cè)形狀形成為包含第I曲面和第2曲面，所述第I曲面是與漸開線曲線的齒面平滑連接的曲面，并由相對于所述漸開線曲線的齒面向相反方向凸出的曲線來表示，所述第2曲面與所述第I曲面平滑連接，并由相對于所述第I曲面向相同方向凸出的二次函數(shù)來定義，故齒底面不會形成尖的三角狀的凹點，可形成由二次函數(shù)所定義的曲面。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時能減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，能獲得輪齒的高強(qiáng)度化。由此，輪齒的長期耐久特性得到改善。
[0011]另外，第2實施形態(tài)的齒輪是，具有多個輪齒，并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，各個輪齒的齒根側(cè)形狀具有與用齒條刀被展成切齒(日語:創(chuàng)成歯切”)后的形狀相同的形狀，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
[0012]而采用第2實施形態(tài)的齒輪，對于各個輪齒的齒根側(cè)形狀，可做成具有與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的曲面，該齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分，而齒底面不會形成尖的三角狀的凹點。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時能減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，能獲得輪齒的高強(qiáng)度化。由此，輪齒的長期耐久特性得到改善。
[0013]此外，第2實施形態(tài)的齒輪的制造方法，是具有多個輪齒并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪的制造方法，將各個輪齒的齒根側(cè)形狀做成與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的形狀，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
[0014]所述齒輪的制造方法也可是，以金屬作為齒輪的原材料，并對各個輪齒的齒根側(cè)形狀用齒條刀進(jìn)行展成切齒，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
[0015]所述齒輪的制造方法也可是，以樹脂作為齒輪的原材料，并對各個輪齒的齒根側(cè)形狀用齒輪模子(日語Y駒)進(jìn)行射出成型，所述齒輪模子是基于用齒條刀被展成切齒后的齒輪而制成的，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
[0016]而采用第2實施形態(tài)的齒輪的制造方法，對于各個輪齒的齒根側(cè)形狀，可做成具有與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的曲面，該齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分，而齒底面不會形成尖的三角狀的凹點。因此，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)與配對齒輪的輪齒嚙合時能減少齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，能獲得輪齒的高強(qiáng)度化。由此，輪齒的長期耐久特性得到改善。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的齒輪的整體形狀的主視圖。
[0018]圖2是表示標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形的立體圖。
[0019]圖3是表示第I實施形態(tài)的齒輪的輪齒形狀的放大說明圖。
[0020]圖4是表示第I實施形態(tài)的齒輪的輪齒嚙合時接觸的配對齒輪的齒頂側(cè)的齒面的運(yùn)動軌跡的說明圖。
[0021]圖5是表示圖4中A部的具體形狀的說明圖。
[0022]圖6是表示對第I比較齒輪進(jìn)行模擬實驗后的解析結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0023]圖7是表示對第I實施形態(tài)的齒輪進(jìn)行模擬實驗后的解析結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0024]圖8是表示第2實施形態(tài)的齒輪的輪齒形狀的放大說明圖。
[0025]圖9是表示刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分的齒條刀的說明圖。[0026]圖10是表示圖9中B部的具體形狀的說明圖。
[0027]圖11是表示用圖9所示的齒條刀進(jìn)行展成切齒時刀刃的運(yùn)動軌跡的說明圖。
[0028]圖12是表示對第2比較齒輪進(jìn)行模擬實驗后的解析結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
[0029]圖13是表示對第2實施形態(tài)的齒輪進(jìn)行模擬實驗后的解析結(jié)果的應(yīng)力分布的曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]下面，根據(jù)說明書附圖來說明本發(fā)明的實施形態(tài)。
[0031]圖1是表示本發(fā)明的齒輪的整體形狀的主視圖。該齒輪具有多個輪齒并利用與配對齒輪的輪齒嚙合而在兩軸之間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，是廣泛用于例如汽車、精密機(jī)械、產(chǎn)業(yè)機(jī)械及它們的部件等的動力傳遞機(jī)構(gòu)的齒輪。
[0032]在圖1中，齒輪I的大致圓板狀的腹板2 (日語:々二 7')的外周側(cè)形成有多個輪齒3、3、……，在腹板2的中心部形成有用于固定旋轉(zhuǎn)軸的穿設(shè)有軸孔4的軸套5，齒輪I在兩軸之間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。另外，符號P表示該齒輪I的節(jié)圓。
[0033]所述齒輪I的輪齒3 —般如圖2所示，形成為具有漸開線曲線的齒面且左右對稱的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形。即，各個輪齒3其齒頂面6的齒寬W1與齒底面7 (即在相鄰輪齒3、3之間的齒槽中最低的底面)的齒寬W2做成同一尺寸,齒全高H在齒寬方向做成一定。
[0034]圖3是表示第I實施形態(tài)的齒輪I的輪齒3的形狀的放大說明圖。在圖3中，將輪齒3的側(cè)面稱為齒面a,將齒面a的齒根側(cè)形狀稱為齒面b。并且,第I實施形態(tài)中的齒輪I的輪齒3是對齒面a的齒根側(cè)形狀作了設(shè)計后的輪齒，如圖3所示，各個輪齒3的齒根側(cè)的齒面b的形狀包含第I曲面c和第2曲面d。
[0035]也就是說，第I曲面c是與漸開線曲線的齒面a平滑連接的曲面，做成由相對于所述漸開線曲線的齒面a向相反方向凸出的曲線所表示的形狀。
[0036]另外，第2曲面d做成與所述第I曲面c平滑連接、由相對于所述第I曲面c向相同方向凸出的二次函數(shù)所定義的形狀。作為該二次函數(shù)，表示為y=kx2 (這里，k是系數(shù))。
[0037]這種齒形形狀由如下所述決定。首先，在圖4中，第2曲面d，其輪齒3的輪齒直角截面的形狀做成具有不與嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑、且與所述標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7 (參照圖2)相接的曲線形狀。即，齒輪的輪齒3在嚙合時進(jìn)行接觸的配對齒輪(圖示省略)的齒頂側(cè)的齒面運(yùn)動軌跡，由圖4所示那樣的次擺線曲線T來獲得。該次擺線曲線T被限于在標(biāo)準(zhǔn)齒輪輪齒3、3間齒槽內(nèi)不到達(dá)齒底面7的區(qū)域。在該狀態(tài)下，只要決定成以下的形狀即可:具有不與作為配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡的次擺線曲線T相干涉的曲率半徑、由成為與所述標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7相接的曲線的二次函數(shù)所定義的形狀。在這樣的情況下，由于第2曲面d成為向圖4中的虛線f所示的標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒根側(cè)齒面的內(nèi)側(cè)突出的形狀，故齒根側(cè)的齒厚比以往技術(shù)中的大。另外，齒輪的齒底面7上不會形成前述日本專利特表2004-519644號公報中記載的那樣的尖的三角狀的凹點。另外，在圖4中，二次函數(shù)形成的第2曲面d雖然做成與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7相接的曲線形狀，但第I實施形態(tài)并不限于此，只要是不與配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的位置，也可設(shè)定在任意的位置。例如，若設(shè)定在比所述標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7高的位置，有可能進(jìn)一步獲得輪齒的高強(qiáng)度化。[0038]接著，在圖4中，第I曲面C，其輪齒3的輪齒直角截面的形狀做成具有不與嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的圓弧的形狀，或做成沿著所述運(yùn)動軌跡的干涉區(qū)域那樣的樣條曲線的形狀。這里，圖5表示圖4中A部的具體形狀。在圖5中，在齒面a與曲面d相交處，形成由漸開線曲線的齒面a的彎曲形狀與由二次函數(shù)定義的第2曲面d的彎曲形狀(與齒面a的彎曲形狀方向相反)交匯的尖端e。當(dāng)在齒面上存在這樣的尖端e時，在此處容易集中應(yīng)力。因此，為了消除該尖端e，只要將第I曲面c的形狀做成前述那樣的、具有不與作為配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡的漸開線曲線T相干涉的曲率半徑的圓弧的形狀，或做成沿著該漸開線曲線T的干涉區(qū)域那樣的樣條曲線的形狀即可。在這種情況下，第I曲面c成為不存在尖端e的平滑的齒面，且是與漸開線曲線的齒面a平滑連接的曲面，及成為由相對于該漸開線曲線的齒面a向相反方向凸出的曲線所表示的曲面。因此，能實現(xiàn)不使尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀的齒形。
[0039]對于上述那樣的齒形形狀的第I實施形態(tài)的齒輪1，現(xiàn)說明通過計算機(jī)模擬實驗得出的嚙合時齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力并進(jìn)行解析(CAE)后的結(jié)果。在這種情況下，作為進(jìn)行比較的齒輪，使用在標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形中用刀刃具有由圓弧定義的圓形部分的齒條進(jìn)行展成切齒后的齒輪(以下稱為“第I比較齒輪”)。
[0040]現(xiàn)說明該模擬實驗的齒根應(yīng)力計算時的計算模型和解析條件。該解析中所用的第I實施形態(tài)的齒輪及第I比較齒輪是正齒輪，模數(shù)(m)是1，齒數(shù)是30個。材質(zhì)是楊氏模量=2800MPa、泊松比N 0.38的樹脂(POM)。嚙合的配對齒輪，各要素做成與前述第I實施形態(tài)的齒輪及第I比較齒輪相同。負(fù)荷條件是，在最差載荷點位置向齒面法線方向賦予ION的載荷。作為解析模型，用僅抽出一輪齒的薄殼網(wǎng)殼模型(日語:'>工> ^進(jìn)行了解析。作為計算齒根應(yīng)力的計算軟件，使用了 “SolidWorks”軟件。[0041]首先，圖6表示對第I比較齒輪進(jìn)行解析后得出的齒根應(yīng)力的應(yīng)力分布的結(jié)果。在圖6中，橫軸表示齒全高方向的X坐標(biāo)(_)，坐標(biāo)的右側(cè)表示齒頂側(cè)，左側(cè)表示齒底側(cè)。橫軸的原點是齒輪中心(軸孔4的中心)?？v軸表示發(fā)生的主應(yīng)力(MPa)的大小。在該第I比較齒輪中，如圖6所示，主應(yīng)力從齒頂側(cè)向齒底側(cè)逐漸增大，從X坐標(biāo)=14.3mm處主應(yīng)力急劇上升，最大主應(yīng)力σ max達(dá)到5.39MPa。
[0042]接著，圖7表示對第I實施形態(tài)的齒輪進(jìn)行解析后得出的齒根應(yīng)力的應(yīng)力分布的結(jié)果。在圖7中，橫軸、縱軸與圖6相同，表示齒全高方向的X坐標(biāo)(mm)和發(fā)生的主應(yīng)力(MPa)的大小。第I實施形態(tài)的齒輪中，盡管如圖7所示那樣，主應(yīng)力從齒頂向齒底逐漸增大，從X坐標(biāo)=14.3mm處開始主應(yīng)力增加,但最大主應(yīng)力σ max為4.6MPa。在這種情況下，主應(yīng)力的上升位置與第I比較齒輪的主應(yīng)力的上升位置大致相同。另外，該上升的狀態(tài)也與第I比較齒輪大致相同。但是，在第I實施形態(tài)的齒輪中，最大主應(yīng)力omax比第I比較齒輪低(約減少14%)。并且，若看齒根側(cè)的應(yīng)力分布，則第I比較齒輪成為在一處具有峰值(極大值)的凸形分布，而在第I實施形態(tài)的齒輪中，成為應(yīng)力廣泛分散的形態(tài)(被平坦化)，由此認(rèn)為最大主應(yīng)力下降。
[0043]從上述的模擬實驗的解析結(jié)果可知，很明顯采用第I實施形態(tài)的齒輪的齒形形狀，相比于第I比較齒輪，可減少與配對齒輪的輪齒在嚙合時齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，可獲得輪齒高強(qiáng)度化。因此，輪齒的長期耐久性得到改善。
[0044]另外，采用第I實施形態(tài)的齒輪，由于齒根側(cè)形狀為由二次函數(shù)定義的曲面，因此，相比于齒底形成尖的三角狀凹點的以往齒輪，齒根側(cè)難以產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0045]圖8是表示第2實施形態(tài)的齒輪I的輪齒3形狀的放大說明圖。在圖8中，將輪齒3的側(cè)面稱為齒面a,將齒面a的齒根側(cè)形狀稱為齒面b。并且,第2實施形態(tài)的齒輪I的輪齒3是對齒面a的齒根側(cè)形狀作了設(shè)計的輪齒，如圖8所示，各個輪齒3的齒根側(cè)的齒面b形狀具有與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的形狀,而該齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。尤其，與所述齒底面7 (參照圖2)連接的部分被做成凹曲面。
[0046]并且，所述凹曲面(b)，是與漸開線曲線的齒面a平滑連接的曲面，即被做成由相對于所述漸開線曲線的齒面a向相反方向凸出的曲線所表示的形狀。另外，作為具有這種齒根側(cè)形狀的齒輪1，既可是對金屬原材料進(jìn)行切削加工而制成的金屬齒輪，也可是將樹脂進(jìn)行射出成型而制成的樹脂齒輪。
[0047]這里，要制造圖8所示齒形形狀的齒輪1，也可將各個輪齒3的齒根側(cè)形狀形成為與用齒條刀進(jìn)行展成切齒后的形狀相同的形狀，齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。在這種情況下所用的齒條刀10如圖9所示，在該刀11的刀刃12上具有由二次函數(shù)定義的曲線的圓形部分。作為該二次函數(shù)，表示為y=kx2(這里，k是系數(shù))。
[0048]圖10表示圖9中B部的具體形狀。在圖10中，齒條刀10的刀11在通常的齒輪設(shè)計中用展成切齒方式制造齒根強(qiáng)度高的齒輪時，一般是將刀刃12的部分做成圓弧形狀。即，刀刃12的點Cp D、C2的部分被做成具有規(guī)定半徑的圓弧g(以往例子)。與此相對，制造第2實施形態(tài)的齒輪I所用的齒條刀10的刀11，其圖10所示的刀刃12的點CpDX2的部分做成被由二次函數(shù)定義的曲線h置換后的圓形部分。在這種情況下，由二次函數(shù)定義的曲線h相比于以往例子的圓弧g更位于內(nèi)側(cè)，刀刃12稍許變細(xì)。用具有這種刀刃12的齒條刀10被展成切齒后的齒輪I,其齒根側(cè)的齒厚比用刀刃12做成圓弧g的以往例子的齒條刀被展成切齒后的齒輪大。另外，在圖10中，雖然刀刃12的點CpD^2的部分被由二次函數(shù)定義的曲線h置換，但對于左右的曲線開始點(或連接點)C1X2的位置，在不與嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的范圍也可設(shè)定在任意位置。
[0049]圖11是表示用圖9所示的齒`條刀10進(jìn)行展成切齒時刀刃12的運(yùn)動軌跡的說明圖。在這種情況下，以金屬作為齒輪I的原材料，將各個輪齒3的齒根側(cè)形狀用刀刃12具有由二次函數(shù)定義的曲線的圓形部分的齒條刀10進(jìn)行展成切齒而制造齒輪I的狀態(tài)來表示。齒條刀10的刀11碰到齒輪I的原材料進(jìn)行展成切齒時的刀刃12的運(yùn)動軌跡以圖11所示那樣的曲線U來獲得。該曲線U在標(biāo)準(zhǔn)齒輪的輪齒3、3間的齒槽內(nèi)成為其頂點與齒底面7相接的狀態(tài)。在這種情況下，由于圖8所示的凹曲面(b)成為向圖11虛線i所示的標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒根側(cè)的齒面的內(nèi)側(cè)突出的形狀，因此，齒根側(cè)的齒厚比以往例子大。另外，在齒輪的齒底面7上不會形成前述日本專利特表2004-519644號公報所記載的那樣的尖的三角狀的凹點。另外，在圖11中，凹曲面(b)做成與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7相接的曲線形狀，但第2實施形態(tài)不限于此，只要是不與配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的位置，也可設(shè)定在任意位置。例如，若設(shè)定在比所述標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒底面7高的位置，也有可能獲得輪齒高強(qiáng)度化。
[0050]另外，在上述說明中，說明了制造金屬齒輪的狀態(tài)，但第2實施形態(tài)并不限于此，也可用樹脂作為齒輪I的原材料，將各輪齒3的齒根側(cè)的形狀用齒輪模子(模具)進(jìn)行射出成型來制造樹脂齒輪，齒輪模子是基于用齒條刀10被展成切齒后的齒輪而制作的，而齒條刀10的刀刃12具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。對于這種情況下的齒輪模子的制作，也可將用所述齒條刀10被展成切齒后的金屬齒輪用作為電極，利用放電加工來制造齒輪模子?；蛘?，也可利用除了放電加工以外的以往公知的方法來制造齒輪模子。
[0051]現(xiàn)說明對于上述那樣決定的齒形形狀的第2實施形態(tài)的齒輪1，通過計算機(jī)模擬實驗求出嚙合時齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力并進(jìn)行解析(CAE)后的結(jié)果。在這種情況下，作為進(jìn)行比較的齒輪，做成在標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒形中用刀刃具有由圓弧所定義的圓形部分的齒條刀被展成切齒后的齒輪(以下稱為“第2比較齒輪”)。
[0052]現(xiàn)說明該模擬實驗的齒根應(yīng)力計算時的計算模型和解析條件。該解析中所用的第2實施形態(tài)的齒輪及第2比較齒輪是正齒輪，模數(shù)(m)是1，齒數(shù)是30個。材質(zhì)是楊氏模量=2800MPa、泊松比4 0.38的樹脂(POM)。嚙合的配對齒輪，其各要素做成與前述第2實施形態(tài)的齒輪及第2比較齒輪相同。負(fù)荷條件是，在最差載荷點位置向齒面法線方向賦予ION的載荷。作為解析模型，用僅拔出一輪齒的薄殼網(wǎng)殼模型進(jìn)行了解析。作為齒根應(yīng)力計算的計算軟件，使用了 “SolidWorks”。
[0053]首先，圖12表示對第2比較齒輪進(jìn)行解析后的齒根應(yīng)力的應(yīng)力分布的結(jié)果。在圖12中，橫軸表示齒全高方向的X坐標(biāo)(_)，坐標(biāo)的右側(cè)表示齒頂側(cè)，左側(cè)表示齒底側(cè)。橫軸的原點是齒輪中心(軸孔4的中心)?？v軸表示發(fā)生的主應(yīng)力(MPa)的大小。在該第2比較齒輪中，如圖12所示，主應(yīng)力從齒頂側(cè)向齒底側(cè)逐漸增大，從X坐標(biāo)=14.3mm處主應(yīng)力急劇上升，最大主應(yīng)力σ max達(dá)到5.39MPa。
[0054]接著，圖13表示對第2實施形態(tài)的齒輪進(jìn)行解析后的齒根應(yīng)力的應(yīng)力分布的結(jié)果。在圖13中，橫軸、縱軸與圖12相同,表不齒全高方向的X坐標(biāo)(mm)和發(fā)生的主應(yīng)力(MPa)的大小。第2實施形態(tài)的齒輪中，盡管如圖13所示那樣，主應(yīng)力從齒頂向齒底逐漸增大，從X坐標(biāo)=14.3mm處開始主應(yīng)力增加，但最大主應(yīng)力σ max為5.25MPa。在這種情況下，主應(yīng)力的上升位置與第2比較齒輪的大致相同。另外，該上升的狀態(tài)也與第2比較齒輪大致相同。但是，在第2實施形態(tài)的齒輪中，最大主應(yīng)力omax比第2比較齒輪低(約減少3%)。并且，若看齒根側(cè)的應(yīng)力分布，則第2比較齒輪成為在一處具有峰值(極大值)的凸形分布，而在第2實施形態(tài)的齒輪中，成為應(yīng)力廣泛分散的形態(tài)(被平坦化)，由此認(rèn)為最大主應(yīng)力下降。
[0055]從上述的模擬實驗的解析結(jié)果可知，采用第2實施形態(tài)的齒輪的齒形形狀，相比于第2比較齒輪，可減少與配對齒輪輪齒在嚙合時齒根側(cè)的發(fā)生應(yīng)力，可獲得輪齒高強(qiáng)度化。因此，輪齒的長期耐久性得到改善。
[0056]另外，采用第2實施形態(tài)的齒輪，對于各個輪齒的齒根側(cè)形狀，相比于齒底面形成尖的三角狀凹點的以往齒輪，難以在齒根側(cè)產(chǎn)生應(yīng)力集中。
[0057]另外，在以上的實施形態(tài)中，說明了把本發(fā)明適用于標(biāo)準(zhǔn)齒輪的例子，但本發(fā)明并不限于此，例如，當(dāng)然也可適用于轉(zhuǎn)位齒輪。
[0058]另外，本發(fā)明的齒輪不限于正齒輪，可廣泛適用于斜齒輪、人字齒輪、錐齒輪、平面齒輪、蝸輪傳動齒輪和偏軸傘齒輪等齒形形狀。另外，本發(fā)明的齒輪不限于金屬(例如機(jī)械構(gòu)造用合金鋼、碳素鋼、不銹鋼、黃銅、磷青銅等)制的齒輪，也可適用于樹脂制的齒輪。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪，具有多個輪齒，并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，該齒輪的特征在于， 各個輪齒的齒根側(cè)形狀形成為包含第I曲面和第2曲面， 所述第I曲面是與漸開線曲線的齒面平滑連接的曲面，并由相對于所述漸開線曲線的齒面向相反方向凸出的曲線來表不， 所述第2曲面與所述第I曲面平滑連接，并由相對于所述第I曲面向相同方向凸出的二次函數(shù)來定義。
2.如權(quán)利要求1所述的齒輪，其特征在于，所述第2曲面，其輪齒直角截面的形狀為具有不與所述嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的曲線形狀。
3.如權(quán)利要求1或2所述的齒輪，其特征在于，所述第I曲面，其輪齒直角截面的形狀為具有不與所述嚙合的配對齒輪的輪齒的運(yùn)動軌跡相干涉的曲率半徑的圓弧形狀，或沿著所述運(yùn)動軌跡的干涉區(qū)域的樣條曲線的形狀。
4.一種齒輪，具有多個輪齒，并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，該齒輪的特征在于， 各個輪齒的齒根側(cè)形狀具有與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的形狀，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
5.一種齒輪的制造方法，是具有多個輪齒并通過與配對齒輪的輪齒嚙合而傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的齒輪的制造方法，其特征在于， 將各個輪齒的齒根側(cè)形狀做成與用齒條刀被展成切齒后的形狀相同的形狀，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
6.如權(quán)利要求5所述的齒輪的制造方法，其特征在于，以金屬作為齒輪的原材料，并對各個輪齒的齒根側(cè)形狀用齒條刀進(jìn)行展成切齒，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
7.如權(quán)利要求5所述的齒輪的制造方法，其特征在于，以樹脂作為齒輪的原材料，并對各個輪齒的齒根側(cè)形狀用齒輪模子進(jìn)行射出成型，所述齒輪模子是基于用齒條刀被展成切齒后的齒輪而制成的，所述齒條刀的刀刃具有由二次函數(shù)所定義的曲線的圓形部分。
【文檔編號】F16H55/08GK103671820SQ201310429515
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】近江憲仕 申請人:恩普樂股份有限公司