專利名稱：錐面同步嚙合齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錐面同步嚙合齒輪，特別是提供了一種利用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完成齒輪之間的哨合傳動，適合在變速器和離合器中使用。
背景技術(shù)：
動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。其中齒輪傳動被公認(rèn)為傳動效率高，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的執(zhí)行機構(gòu)完成，增加了裝置的成本同時也降低了可靠性。近年來在變速器設(shè)計和應(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，動力傳輸效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種錐面同步嚙合齒輪，該齒輪利用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完成齒輪之間的嚙合傳動。齒輪嚙合的過程在外力推動下自動完成。本發(fā)明的錐面同步嚙合齒輪，是在圓柱齒輪一側(cè)端面從齒根圓至齒頂圓之間加工有錐型圓周面，兩個具有相同圓錐角錐型圓周面和齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組，兩個齒輪的錐型圓周面布置在齒輪組從分離后重新嚙合運動方向相對的一側(cè)，夕卜力推動這組齒輪進入嚙合狀態(tài)過程中相對的錐型圓周面先接觸進入摩擦傳動，當(dāng)傳動齒輪組中的兩個齒輪接近同步轉(zhuǎn)速時外力推動齒輪組到達完全嚙合位置并鎖定。嚙合齒輪組中的兩個齒輪除使用一體齒輪外還可以用分體齒輪，采用分體齒輪至少包含一個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同體的齒輪，另一個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同體齒輪適合用于主動輪，降低由于摩擦引起的柔性齒輪錐型圓周面上不對稱的磨損。嚙合齒輪組中每個齒輪的錐型圓周面的位置在兩個齒輪進入嚙合狀態(tài)相對應(yīng)一側(cè)的齒頂圓至齒根圓的整個圓周上。為了這個錐型圓周面的完整，應(yīng)使這個圓周面超出齒根圓直徑的范圍，對于外齒圓柱齒輪，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3_。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。
選擇用一體齒輪作為嚙合齒輪組時，可以選擇全部使用鋼質(zhì)材料，但齒輪錐型圓周面之間的摩擦力小，只適用于變速裝置具有分?jǐn)鄤恿鬏旊x合器的場合。如果選擇鋼質(zhì)齒輪與鑄鐵齒輪可增加錐型圓周面間的摩擦力，選擇銅基合金齒輪與鑄鐵齒輪則摩擦力又能提高。選擇分體齒輪可在齒輪嚙合前提供較大的摩擦力，并且齒輪錐型圓周面接觸時沖擊力能夠得到緩沖，正常運行時由鋼質(zhì)齒輪嚙合傳動，提高變速裝置的運行效率和使用壽命。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。由于柔性材料錐型圓周面齒輪可以更換，便于變速裝置的維護。例如在有潤滑油的齒輪箱體中，可采用銅基合金制造錐型圓周面齒輪，與之配對的圓周面齒輪則可以用鑄鐵制造?？刂讫X輪組分離與嚙合可采用電動和液壓控制，在齒輪組進入嚙合狀態(tài)過程中提供恒定的錐型圓周面之間合適的壓力，采用擋位方式機械控制可用緩沖彈簧均衡這個壓力。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，否則會減少錐型圓周面的面積。對于嚙合齒輪組中全部采用剛?cè)嵬w錐面同步嚙合齒輪傳動的組合，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)明的錐面同步嚙合齒輪的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖；圖2.是本發(fā)明的錐面同步嚙合齒輪使用分體齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.是采用分體齒輪與一體齒輪構(gòu)成齒輪組的工作原理示意圖；圖4.是使用機械擋位式操控機構(gòu)的緩沖裝置結(jié)構(gòu)5.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示意圖；圖6.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。
具體實施例方式結(jié)合圖1,圓柱齒輪2的一側(cè)加工成錐型圓周面，構(gòu)成本發(fā)明的錐面同步嚙合齒輪。齒輪2安裝在可自由滑動的花鍵軸I上，同樣結(jié)構(gòu)的錐型圓周面齒輪3為一體加工齒輪軸。兩個齒輪具有相同的錐型圓周面圓錐角，圖1中4是圓錐角α的標(biāo)注。在外力作用下齒輪2沿方向5運動到達圖中標(biāo)志為LI的距離時，兩個齒輪的錐型圓周面相接觸，在外力持續(xù)作用下錐型圓周面之間的摩擦力使主動輪與從動輪轉(zhuǎn)速趨于同步。兩個齒輪轉(zhuǎn)速接近同步后外力推動齒輪2運動到達L的距離并定位，齒輪組處于完全嚙合狀態(tài)。需要分離時齒輪2反向運動L的距離即可進入空檔位置。齒輪組中兩個齒輪的錐型圓周面上不完全齒輪齒牙與圓周面的交界邊沿采用倒圓角處理，防止圓錐面接觸摩擦?xí)r的損傷。圖2中，柔性材料錐面齒輪6和剛性材料齒輪8的模數(shù)和齒數(shù)相同，兩個齒輪的齒牙對齊后用壓蓋9和緊固螺桿7壓緊形成同體齒輪，構(gòu)成剛?cè)嵬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。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配合的花鍵槽，便于控制裝置使其在花鍵軸上移動。圖3中花鍵軸10上安裝有剛?cè)嵬w錐面同步嚙合齒輪，鋼質(zhì)的錐型圓周面齒輪3采用齒輪與軸一體的工藝制作，花鍵軸10與鋼質(zhì)錐面齒輪軸3相距兩個嚙合齒輪節(jié)圓半徑之和的距離平行安裝，構(gòu)成一對傳動齒輪組。由于齒輪從分離到嚙合的過程中需要提供一個合適的恒定軸向推力，采用液壓或電動驅(qū)動裝置容易實現(xiàn)這樣的要求。如果采用機械式位置操縱控制裝置則需使用彈性元件來均衡這個推力。圖4是采用緩沖彈簧實現(xiàn)這個目的的操控裝置示意圖。圖4中剛?cè)嵬w齒輪安裝在可滑動的花鍵軸15上，彈簧11安裝在鋼質(zhì)齒輪連體的圓筒上，13是壓緊彈簧的推力軸承，14是操控?fù)懿妫枰X輪進入嚙合狀態(tài)時撥叉沿方向12運動達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的推力軸承13將彈簧壓緊，由彈簧推動剛?cè)嵬w錐面同步嚙合齒輪運動并在齒輪組嚙合前提供一個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11推動剛?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5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16通過鎖定銷18和壓蓋19鎖定并壓緊后構(gòu)成同體齒輪，與采用齒輪與軸一體的工藝制作鋼質(zhì)錐型圓周面齒輪3構(gòu)成傳動齒輪組。當(dāng)這兩個齒輪的錐型圓周面相接觸時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6中采用等齒數(shù)圓柱齒輪與圓柱內(nèi)齒輪組成傳動齒輪組，鋼質(zhì)齒輪21通過花鍵孔安裝在花鍵軸24上，由銅基合金制作的錐型圓周面齒輪22與鋼質(zhì)齒輪21用螺桿定位并緊固構(gòu)成同體齒輪。由鑄鐵制作的錐型圓周面內(nèi)齒輪25同鋼質(zhì)圓柱內(nèi)齒輪26用銷釘18定位并由壓緊蓋27緊固構(gòu)成同體錐型圓周面圓柱內(nèi)齒輪。上述的兩個齒輪組成等齒數(shù)的同體錐型圓周面?zhèn)鲃育X輪組，摩擦傳動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。帶錐型圓周面的齒輪22和鋼質(zhì)齒輪21組成的同體齒輪在外力作用下沿方向23運動，推動齒輪進入嚙合狀態(tài)。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)摩擦傳動的轉(zhuǎn)矩較大時，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)動力矩。當(dāng)這個齒輪組完成摩擦同步進入剛性嚙合狀態(tài)后兩個齒輪軸的轉(zhuǎn)速相等，構(gòu)成一個傳動離合器。由于這種離合器正常運行時為剛性齒輪傳動，動力損失小，效率高，并兼有結(jié)構(gòu)簡單的特點。
權(quán)利要求
1.一種錐面同步嚙合齒輪，其特征是在圓柱齒輪一側(cè)端面從齒根圓至齒頂圓之間加工有錐型圓周面，兩個具有相同圓錐角錐型圓周面和齒寬以及齒輪嚙合參數(shù)的齒輪構(gòu)成嚙合齒輪組，兩個齒輪的錐型圓周面布置在齒輪組從分離后重新嚙合運動方向相對的一側(cè)，夕卜力推動這組齒輪進入嚙合狀態(tài)過程中相對的錐型圓周面先接觸進入摩擦傳動，當(dāng)傳動齒輪組中的兩個齒輪接近同步轉(zhuǎn)速時外力推動齒輪組到達完全嚙合位置并鎖定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的錐面同步嚙合齒輪，其特征在于嚙合齒輪組中的兩個齒輪除使用一體齒輪外還可以用分體齒輪，采用分體齒輪至少包含一個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同體的齒輪，另一個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輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的錐面同步嚙合齒輪，其特征在于嚙合齒輪組中的兩個齒輪根據(jù)耐磨性和摩擦性以及彈性通過配對使用不同的金屬和非金屬材料，分體齒輪中的柔性材料可選擇硬橡膠，工程塑料，合成材料以及鑄鐵和銅基合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的錐面同步嚙合齒輪，其特征在于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。
5.根據(jù)權(quán)力要求I的錐面同步嚙合齒輪，其特征是控制齒輪組分離與嚙合可采用電動和液壓控制，在齒輪組進入嚙合狀態(tài)過程中提供恒定的錐型圓周面之間合適的壓力，采用擋位方式機械控制可用緩沖彈簧均衡這個壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的錐面同步嚙合齒輪，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的離合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的錐面同步嚙合齒輪，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)明涉及一種錐面同步嚙合齒輪，特別是提供了一種利用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完成齒輪之間的嚙合傳動。由于齒輪的嚙合是通過錐型圓周面自動完成，使變換擋位的操控機構(gòu)簡化。采用本發(fā)明的錐面同步嚙合齒輪用于變速裝置，可簡化變速裝置的設(shè)計和制造，提高變速裝置的可靠性和提高動力傳輸效率。本發(fā)明的錐面同步嚙合齒輪用于連軸器使用時具有動力傳輸?shù)母咝什⒖珊喕浣Y(jié)構(gòu)。
文檔編號F16H55/08GK103195909SQ20131012929
公開日2013年7月10日 申請日期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 申請人:鄒吉武