2024-01-26 14:28
一种曲面蜗轮传动装置中，曲面蜗杆的每个齿面是以平面或圆锥面的形式形成的，曲面蜗轮的每个齿面与一渐开线螺旋齿轮的每个齿面重合。曲面蜗轮的齿顶面及其齿底面在曲面蜗轮轴向上加工成直线延伸。因而曲面蜗杆齿面在曲面蜗轮轴向任何位置可与曲面蜗轮形成啮合。曲面蜗杆和曲面蜗轮在曲面蜗轮轴向上相对错开任何位置，其齿面间却可正常形成紧密齿接触。曲面蜗轮有关齿面磨损时，使蜗杆和蜗轮间在蜗轮轴向逐步相对错位即可使蜗轮重复使用。
1： 一种由相互啮合的曲面蜗杆和曲面蜗轮构成的曲面蜗轮传动装置，其改进在于： 所述曲面蜗杆的每个齿面是以平面或圆锥面的形式形成的，以及 与所述曲面蜗杆的所述齿面啮合的所述曲面蜗轮的每个齿面与一渐开线螺旋齿轮的每个齿面相重合。
2： 如权利要求1所述的曲面蜗轮传动装置，其特征在于：所述曲面蜗轮的齿顶面及其齿底面在所述曲面蜗轮的轴的轴向上加工成直线所述的曲面蜗轮传动装置，其特征在于：所述曲面蜗杆的所述齿面在顺着所述曲面螺轮的所述轴的轴向看去的任何位置上与所述曲面蜗轮的所述齿面形成啮合。
4： 如权利要求1所述的曲面蜗轮传动装置，其特征在于：通过使所述曲面蜗杆和所述曲面蜗轮中的一个相对于其中的另一个在所述曲面蜗轮的所述轴的轴向上错开任何位置的方式，紧密的齿接触在所述曲面蜗杆的所述齿面和所述曲面蜗轮的所述齿面间正常地形成。
5： 如权利要求4所述的曲面蜗轮传动装置，其特征在于：当 所述曲面蜗轮上的有关齿面磨损时，通过逐步使所述曲面蜗杆和所述曲面蜗轮中的一个相对于其中另一个在所述曲面蜗轮的所述轴的轴向上错位的方式，所述曲面蜗轮被重复使用。
本发明涉及曲面蜗轮传动装置。更具体来说，本发明涉及由相互啮合的曲面蜗杆和曲面蜗轮构成的曲面蜗轮传动装置。
机械领域中公知曲面蜗轮传动装置具有比圆柱蜗轮传动装置好得多的性能。因此，曲面蜗轮传动装置在实际中有着很广泛的应用领域，人们认识到，曲面蜗轮具有很好的工作性能，且有着很高的承载能力。但是，普通的曲面蜗轮传动装置具有下面讲到的严重缺陷（普通曲面蜗轮的曲型实例见日本专利申请公开文本第2-50341号）。这些缺陷主要是由于曲面蜗杆和曲面蜗轮具有复杂的截面形状且曲面蜗轮具特殊齿形的缘故。
（3）当曲面蜗轮中牢固装着轴时，实际上不可能在该轴的轴向上将曲面蜗轮组装于曲面蜗杆。
关于上述三个缺陷需要参阅两篇论文：（1）1991年第43卷第八期“机械研究”中的论文“曲面蜗轮传动装置和圆周蜗轮传动装置的啮合性质”;（2）日本机械协会文库1984年第50卷第458期中的论文“曲面蜗轮传动装置中的齿接触分析”。
本发明的一个目的是提供一种由曲面蜗杆和曲面蜗轮构成的曲面蜗轮传动装置，它能够象普通的曲面蜗轮传动装置那样不变地保持相同的极佳的性能和高的承载能力，其中，当蜗轮中固定地穿装一条轴时，曲面蜗轮可在该轴的轴向上与曲面蜗杆相组装。
本发明的另一个目的是提供一种上述种类地曲面蜗轮传动装置，其中，每次当曲面蜗轮上的齿磨损时，可将曲面蜗轮相对于曲面蜗杆在曲面蜗轮轴的轴向上错位而重复使用曲面蜗轮。
在本发明所提供的由曲面蜗杆和曲面蜗轮构成的曲面蜗轮传动机构中，曲面蜗杆的每个齿面是以平面或圆锥面的形式产生的，曲面蜗轮的每个与曲面蜗杆的齿面相啮合的齿面的形成是与一渐开线螺旋齿轮的齿面相重合的。
假定在曲面蜗轮轴的轴向看去时，曲面蜗杆的齿面可在任意位置上与曲面蜗轮的齿面进入啮合，那么，曲面蜗轮的齿顶面和齿底面在曲面蜗轮轴的轴向上加工成直线性延伸状。
由于上述结构，在曲面蜗轮轴的轴向上，使曲面蜗杆和曲面蜗轮之一相对于两者中的另一个错位，都可以在任意位置，在曲面蜗杆的齿面和曲面蜗轮的齿面之间总是形成齿紧密接触的状态。
另外，当曲面蜗轮磨损时，只要在曲面蜗轮轴的轴向上使曲面蜗杆和曲面蜗轮之一相对于两者中的另一个逐步错位，即可重复使用曲面蜗轮。
如上所述，按照本发明，由于曲面蜗杆的每个齿面是以包括平面或圆锥面的所谓欣德瑞式（Hindrey type）形成的，曲面蜗轮的每个齿面的形成与渐开线螺旋齿轮的每个齿面相重合，因而沿曲面蜗轮外周面分布的许多齿面可以容易地加工，而且，曲面蜗杆和曲面蜗轮可以容易而正确地相对设置。另外，当轴穿过曲面蜗轮牢固装配时，曲面蜗杆可装、拆于曲面蜗轮。
通过阅读下面对照附图的详细描述，可更清楚地理解本发明的其它目的，特征和优点。
图4是沿图3中C-D线表示当完成曲面蜗杆和曲面蜗轮的正确装配以便可相互啮合时，在曲面蜗轮侧的一齿面上的最初的齿接触状态;
图6表示当曲面蜗轮从该曲面蜗轮和曲面蜗杆的正常装配位置轴向错位时在曲面蜗轮侧的一齿面上出现的最初的齿接触状态;
图7表示曲面蜗轮传动装置承受的负载增加，以及在曲面蜗轮侧的齿面（齿面S1）与曲面蜗杆侧相对的齿面的接触状态逐渐变化的情况;
图8表示当曲面蜗轮承受500Kgf-m的负载转矩时，曲面蜗轮侧的齿面（齿面S1）与曲面蜗杆侧的相对齿面的接触状态逐渐变化的情况。
图1表示按照本发明实施例的曲面蜗轮传动装置的结构，图2是沿图1中A-B线的剖视图。
为了便于理解本发明，在图3和图4示出一种普通的曲面蜗轮传动装置。图3是普通曲面蜗轮传动装置的局部剖开的视图，图4是沿图3中C-D线代表普通曲面蜗杆，标号4代表与曲面蜗杆3啮合的曲面蜗轮，标号5代表曲面蜗杆3的轴。
另外，标号R代表标准节圆，标号Ra代表齿顶图，标号Rb代表本发明的曲面蜗轮2的齿顶，标号Rc代表普通曲面蜗轮传动装置的曲面蜗轮4的齿顶，标号Ra代表本发明的曲面蜗轮2的齿底，标号Re代表普通蜗轮传动装置的曲面蜗轮4的齿底。
在图5和图6中，标号S1代表曲面蜗轮一侧的齿面，标号S2代表曲面蜗轮另一侧的齿面。在图7和图8中，标号T代表具有一定面积的齿接触型。
按照本发明的曲面蜗轮传动装置的一个区别特征在于，曲面蜗杆1的每个齿面是以平面或圆锥面形式形成的，而与曲面蜗杆1相啮合的曲面蜗轮2的每个齿面的形成与一渐开线螺旋齿轮的每个齿面相重合。在普通曲面蜗轮4中齿顶Rc和齿底Re都呈弧形面，如图4所示，与此相反，本发明的曲面蜗轮2的齿顶Rb和齿底Rd都呈平面，如图2所示。由于这种结构，曲面蜗杆1可容易地与曲面蜗轮2组装，容易地从曲面蜗轮2拆卸下来，只要使曲面蜗杆1在曲面蜗轮2的轴向上位移即可。另外，当发现曲面蜗轮2的有关齿面磨损时，只要使曲面蜗杆1在轴向上位移即可。以便使每个齿面的其它部分重复使用，情况与用新的曲面蜗轮传动装置更换已磨损的曲面蜗轮传动装置相同。
包括曲面蜗轮2的许多齿面的渐开线螺旋齿轮可以用迄今已知的机加工方法制造，另外，采用迄今已知的测量方法可从尺寸上检测渐开线螺旋齿轮的每个齿。
已经确证，当连续使用本发明的曲面蜗轮传动装置时，曲面蜗轮2的每个齿面逐步磨损，使其以增大的面积与曲面蜗杆1的相对齿面紧密接触，使其间呈现极好的齿接触状态。鉴于上述事实，值得推荐的是，采用齿轮的齿接触分析法进行具有上述性能的渐开线螺旋齿轮的设计工作，齿接触分析法是现代的计算机辅助齿啮轮啮合性质模拟法之一。
对规格示于表1中的曲面蜗轮传动装置进行了试验。在试验之前，由滚齿机改装的蜗轮齿接触状态试验机准备用作装配操作性能试验装置。另外，准备了一台负载试验装置，用于试验曲面蜗轮传动装置的功率传递能力，以及在曲面蜗轮2（相当于一个渐开线螺旋齿轮）上相邻齿面间紧密接触状态的进展情况。
在上述试验中，曲面蜗轮2的轴（未画）上出现的负载转矩如表2（试验负载曲线中，纵坐标代表出现在曲面蜗轮2的轴上的转矩（Kgf-m），假定曲面蜗杆1的转速调至500rpm。进行有关的试验。另外，在表2中，每个插号中的数字表示KW值（允许的传递功率）。横坐标代表负载试验装置工作的时间。
在试验过程中作用在曲面蜗轮传动装置上的负载变化曲线：每个括号中的数字为KW值。
齿接触状态试验的结果示于图5至图8。在图5中。1号至6号表示被测的每个曲面蜗轮传动装置的编号。图5和6中左侧表示曲面蜗杆2上的齿面S2，而右侧表示曲面蜗杆2上的齿面S1。现参阅图5，齿面S2左侧表示曲面蜗轮2的内侧，齿面S2右侧表示曲面蜗轮的外侧，而齿面S1的左侧表示齿面S1的外侧，齿面S1的右侧表示齿面S1的内侧。现参阅图6，各视图表示当每个齿的接触部分接续地从正常组装位置错位5mm时，齿接触状态的变化。图7表示在负载转矩按照100kgf-m，200kgf-m，300kgf-m，400kgf-m和500kgf-m的顺序变化且负载作用在曲面蜗轮2的轴5上20分钟的情况下，1号至6号的试验装置的齿接触状态的变化。另外，图8表示在负载转矩预调至500kgf-m且转矩作用在曲面蜗轮2的轴5上的时间按照180分钟，360分钟，540分钟，720分钟和960分钟的顺序变化的情况下，试验装置1号至6号的齿接触状态的变化。
当使曲面蜗杆1与曲面蜗轮2进入啮合，从而正常组装本发明的曲面蜗轮装置时，曲面蜗轮2的最初接触状态示于图5，另外，当曲面蜗轮在轴向上从正常装配位置错位时，曲面蜗轮2的最初齿接触状态示于图6。通过对比审查两附图可得出以下结论：
1.如最初设想的那样，当沿着曲面蜗轮2的每个齿的高度方向看去时，最初的齿接触型是在每个齿的中部看到的。
2.尽管曲面蜗轮2有轴向错位（见图6），同样可观察到与正常装配位置的最初齿接触型相同的最初齿接触型。
3.以前一段所述的情况为依据可证实，可以通过在曲面蜗轮2的轴向上使曲面蜗杆1错位的方法组装曲面蜗杆1和曲面蜗轮2。
在曲面蜗轮2的齿面上紧密接触状态逐渐变化表示在图7和图8中，这是以对本发明的曲面蜗轮传动装置进行负载操作试验所获结果为基础的。通过对两图的审查可澄清下述情况：
1.图7各视图表示，当负载转矩增加时，各齿面上紧密接触状态的逐渐变化。从图7可以看出，紧密接触状态很短时间完全在各齿面上形成。
2.图8各视图表示，当曲面蜗轮传动装置以和普通曲面蜗轮传动装置额定传动功率相同的功率工作时所引起的在各齿面上紧密接触状态的逐渐变化。从对图8所示各齿面上紧密接触状态的观察证实，本发明的曲面蜗轮传动装置可以产生等于或高于普通曲面蜗轮传动装置的传动功率强度。
3.在完成曲面蜗轮传动装置的负载特征之后，从对曲面蜗轮传动装置各齿面上紧密接触状态的观察可证实，均匀的齿接触状态，从蜗杆的进入侧至其引出侧，不仅沿每个齿高而且也沿每条齿螺纹方向，可以得到维持，从而在曲面蜗杆和曲面蜗轮之间可形成理想的啮合。
1.在普通的曲面蜗轮传动装置中，曲面蜗轮的齿面形状复杂，使其机加工非常困难，然而，由于本发明的曲面蜗轮的每个齿面设计成与一渐开线螺旋齿轮的各齿面重合，因而加工十分简便。另外，已经发现，短时间内在曲面蜗杆侧的齿面和曲面蜗轮侧的相对齿面间即可形成紧密的齿面接触。
2.由于本发明的曲面蜗轮的每个齿面设计得与一渐开线螺旋齿轮的每个齿面重合，因而曲面蜗杆可在曲面蜗轮轴的轴向看去的任何位置上与曲面蜗轮正确啮合，所以易于正确地使曲面蜗杆和曲面蜗轮相对地调整。
3.由于普通的曲面蜗轮不仅其齿顶面且其齿底也设计成弧形面，因而普通曲面蜗轮传动装置的曲面蜗杆与曲面蜗轮在曲面蜗轮轴的轴向上的组装操作实际上无法进行，这是因为曲面蜗杆的齿顶与曲面蜗轮的齿底干扰的缘故。与普通曲面蜗轮传动装置相反，按照本发明，曲面蜗轮的齿顶和齿底都设计得在轴向上直线延伸，因而在曲面蜗轮轴向上可容易地实现装配操作。
虽然已对本发明的一个实施例进行了详细描述，但是显然本发明并不局限于此，可对其作各种变化和改进，而并不超出本发明的范围。
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一种曲面蜗轮传动装置中，曲面蜗杆的每个齿面是以平面或圆锥面的形式形成的，曲面蜗轮的每个齿面与一渐开线螺旋齿轮的每个齿面重合。曲面蜗轮的齿顶面及其齿底面在曲面蜗轮轴向上加工成直线延伸。因而曲面蜗杆齿面在曲面蜗轮轴向任何位置可与曲面蜗轮形成啮合。曲面蜗杆和曲面蜗轮在曲面蜗轮轴向上相对错开任何位置，其齿面间却可正常形成紧密齿接触。曲面蜗轮有关齿面磨损时，使蜗杆和蜗轮间在蜗轮轴向逐步相对错位即可使蜗轮重复。