用于环形齿轮的齿轮齿倒角
阅读说明：本技术 用于环形齿轮的齿轮齿倒角 (Gear tooth chamfer for ring gear ) 是由 布鲁诺·卡波尔迪 齐格弗里德·德瑞尔 于 2020-10-19 设计创作，主要内容包括：一种轴承包括轴承圈和多个齿轮齿,所述轴承圈具有环形基部并且所述多个齿轮齿与所述环形基部一体地形成。所述多个齿轮齿中的每个齿轮齿包括从所述环形基部基本在径向上延伸的第一齿侧表面、基本在轴向方向上延伸的齿顶表面以及位于所述齿顶表面与所述第一齿侧表面之间的倒角表面。所述倒角表面包括具有第一半径的第一弧形部,所述第一半径在所述轴承圈的齿轮模数的0.1倍至0.15倍的范围内。所述第一弧形部具有与所述第一齿侧表面的切点。所述倒角表面具有在所述切点与所述齿顶表面之间在径向方向上延伸的长度P,并且P在所述轴承圈的齿轮模数的0.1倍至0.15倍的范围内。(A bearing includes a bearing ring having an annular base and a plurality of gear teeth integrally formed with the annular base. Each gear tooth of the plurality of gear teeth includes a first flank surface extending substantially radially from the annular base, a crest surface extending substantially in an axial direction, and a chamfer surface between the crest surface and the first flank surface. The chamfer surface includes a first arcuate portion having a first radius in a range of 0.1 to 0.15 times a gear module of the bearing ring. The first arcuate portion has a tangent point with the first flank surface. The chamfer surface has a length P extending in a radial direction between the tangent point and the addendum surface, and P is in a range of 0.1 to 0.15 times a gear module of the bearing ring.)
技术领域
本发明涉及一种用于环形齿轮(即，回转齿轮(slewing gear))的改进的齿轮齿及其制造方法。更特别地，齿轮齿包括倒角表面(chamfered surface)或倾斜表面(beveledsurface)和角边缘，倒角表面或倾斜表面具有与齿轮齿的侧表面或齿侧表面相邻的弧形表面，角边缘位于齿轮齿的齿顶表面与倒角表面之间。倒角表面的这些特征使环形齿轮与小齿轮啮合并且随小齿轮一起旋转，而减小和/或几乎不对小齿轮的齿轮齿造成损坏。
背景技术
环形齿轮的常规齿轮齿具有倒角表面，角边缘位于齿轮齿的齿侧表面与齿轮齿的齿顶表面之间。如图1中所示，环形齿轮4的齿轮齿6上的倒角表面1、2对小齿轮5造成磨损损伤3。损伤3可能出现在倒角表面1的角边缘1a在齿轮4旋转期间撞击小齿轮5的位置处。
发明内容
本发明消除了与齿轮齿的倒角表面的角边缘有关的负面问题。更具体地，本发明的优选实施方式包含在齿轮齿上的倒角表面和角边缘，倒角表面具有与齿轮齿的齿侧表面相邻的弧形表面，角边缘在齿轮齿的倒角表面与齿顶表面的边界处。结果，环形齿轮能够与小齿轮啮合并随小齿轮一起旋转，而不会对小齿轮齿造成损坏和/或造成相对较小的损坏。
本发明的一个实施方式为一种轴承，轴承包括：轴承圈，包括环形基部和齿轮模数m；多个齿轮齿，连接到环形基部，并且所述多个齿轮齿围绕环形基部周向地定位；并且所述多个齿轮齿中的每个齿轮齿包括从环形基部延伸的第一齿侧表面、从第一齿侧表面延伸的齿顶表面和位于齿顶表面与第一齿侧表面之间的第二表面，第二表面包括具有第一半径的第一弧形表面，第一半径≥0.1m且≤0.15m。另外地，轴承可以包括与第一弧形表面相切并限定切点的第一齿侧表面。
在本发明的另一方面，长度P在切点与外部线之间延伸，外部线与齿顶表面共面，并且长度P≥0.1m且≤0.15m。此外，垂直于外部线到切点测量的长度P可以≥0.1m且≤0.15m。
在本发明的另一方面，所述多个齿轮齿中的每个齿轮齿还包括：角边缘，位于第二表面与齿顶表面之间；并且第二表面的第一弧形表面与第一齿侧表面邻接。此外，在第二表面与齿顶表面之间可以存在大致135度的角。另外地，所述多个齿轮齿中的每个齿轮齿可以包括位于第二表面与齿顶表面之间的第三表面，并且第三表面是基本(/实质上)(substantially)线性的。
本发明的另一方面可以包括第二齿侧表面和第四表面，第二齿侧表面从环形基部延伸，并且第四表面位于第二齿侧表面与齿顶表面之间，其中，第四表面包括第二弧形部，第二弧形部的第二半径基本(/实质上/大致)等于第一半径。
另外地，第一齿侧表面可以从环形基部在基本上(/实质上/大致)径向方向上延伸，并且齿顶表面可以在基本上(/实质上/大致)轴向方向上延伸。
本发明的另一实施方式为一种用于轴承的齿轮齿，轴承包括具有环形基部和齿轮模数m的环形圈。齿轮齿包括：第一齿侧表面，与环形基部邻接并且从环形基部延伸；第二表面，与第一齿侧表面邻接并且从第一齿侧表面延伸；第一弧形表面，形成在第二表面中，并且第一齿侧表面在切点处与第一弧形表面相切；齿顶表面，与第二表面邻接并且从第二表面延伸；以及长度P，从切点延伸到与齿顶表面共面的线，并且长度P≥0.1m且≤0.15m。此外，垂直于外部线到切点测量的长度P可以≥0.1m且≤0.15m。
在本发明的其他方面，第一弧形表面包括第一半径R，第一半径R≥0.1m且≤0.15m。此外，齿顶表面和第二表面邻接并且形成角边缘。此外，本发明可以包括位于第二表面与齿顶表面之间的大致135度的角。
在本发明的另一方面，齿轮齿还可以包括：第二齿侧表面，从环形基部延伸；第三表面，与第二齿侧表面和齿顶表面邻接；以及第二弧形表面，形成在第三表面中。此外，第二弧形表面可以包括基本等于第一半径的第二半径。
在本发明的又一方面，第一齿侧表面从环形基部基本在径向上延伸，并且齿顶表面从第二表面基本在轴向上延伸。
本发明的另一实施方式为一种制造环形齿轮的方法，环形齿轮包括具有倒角表面的至少一个齿轮齿。所述方法包括以下步骤：提供具有环形基部的环形齿轮，所述至少一个齿轮齿从环形基部基本在径向上(/沿径向/径向地)延伸，所述至少一个齿轮齿包括从环形基部基本在径向上延伸的第一齿侧表面和在基本上轴向方向上延伸的齿顶表面；确定环形齿轮的齿轮模数m；以及对所述至少一个齿轮齿进行倒角，使得在第一齿侧表面与齿顶表面之间形成第一倒角表面，并且第一倒角表面包括具有半径R的第一弧形表面，半径R的长度在≥0.1m且≤0.15m的值的范围内。
对所述至少一个齿轮齿进行倒角的步骤还可以包括：形成第一倒角表面使得第一齿侧表面在切点处与第一弧形表面相切。此外，对所述至少一个齿轮齿进行倒角的步骤还可以包括：以距离P形成第一倒角表面，距离P在切点和垂直于与齿顶表面共面的线之间测量，距离P在≥0.1m且≤0.15m的值的范围内。
本发明的另一方面包括以下步骤：提供被构造为与环形齿轮一起使用的小齿轮；以及从≥0.1m且≤0.15m的值的范围选择半径R，使得环形齿轮被构造为与小齿轮啮合。
本发明的另一方面包括以下步骤：提供被构造为与环形齿轮一起使用的小齿轮；以及从≥0.1m且≤0.15m的值的范围选择距离P，使得环形齿轮被构造为与小齿轮啮合。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及本发明的优选实施方式的详细描述。为了说明本发明的目的，在示意性的附图中示出了目前优选的实施方式。然而，应当理解，本发明不限于所示出的精确配置和手段(instrumentalities)。在附图中：
图1是与小齿轮啮合的现有技术的齿轮齿的示例性示图；
图2描绘了根据本发明的优选实施方式的环形轴承；
图3描绘了根据本发明的优选实施方式的环形轴承的齿轮齿的分解图；
图4描绘了图3中的齿轮齿的齿轮齿轮廓和/或截面图；
图5A描绘了图4中示出的倒角表面的分解图；
图5B描绘了图4中示出的倒角表面的可供选择的实施方式的分解图；
图6描绘了本发明的优选实施方式中的环形轴承与小齿轮之间的相互作用；以及
图7是根据本发明的优选实施方式的制造环形齿轮的步骤的流程图。
具体实施方式
在以下描述中使用某些术语仅是为了方便，而不是进行限制。词语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别是指朝向和远离所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向，特别含义根据说明书的上下文是显而易见。此外，如在此所使用的，词语“连接”和“联接”均意图包括一体形成的构件、两个不同构件之间的直接连接(没有任何其他构件介于所述两个不同构件之间)以及构件之间的间接连接(一个或多个其他构件介于所述构件之间)。术语包括上文特别提及的词语、其派生词和类似含义的词语。
现在详细参照附图，其中相同的附图标记始终用于指示相同的元件，在图2中示出了诸如回转轴承(slew bearing)的环形轴承10的优选实施方式。在该实施方式中，轴承10主要包括围绕中心开口或孔15和中心轴线C的环形圈14。环形圈14还包括环形基部12以及由环形基部12的区域25分开的径向向外地延伸的齿轮齿20。齿轮齿具有倒角表面26和27。
在该实施方式中，齿轮齿20与环形基部12一体形成。还预期齿轮齿20可以通过诸如焊接的其他方法连接到环形基部12。另外地，预期齿轮齿20的相对于中心轴线C的定位的其他构造。例如，齿轮齿20可以在轴向上延伸或在轴向和径向方向上延伸。此外，齿轮齿20可以如图3中所示的径向向内地延伸，而不是如图2中所示的径向向外地延伸。
图3描绘了齿轮齿20的分解图。如所示出的，倒角表面26和27、齿侧表面(/侧齿面表面)(side flank surface)28和齿顶表面(top land surface)38基本上延伸通过齿轮10的整个宽度。图4描绘了根据本发明的优选实施方式的截面图或齿轮齿20轮廓。每个齿轮齿20具有形成齿轮齿的侧面并且从环形基部12朝向齿顶表面38径向向外地延伸的两个齿侧表面28。齿顶表面38是在齿轮齿20的顶端上并且在两个齿侧表面28之间基本在轴向上延伸的表面。齿顶表面38可以在基本垂直于轴向和径向两者的方向上延伸。尽管齿顶表面38被示出为大体上平坦的表面，但是其可以具有其他构造，诸如弯曲的表面或区域。如图4中所示，齿侧表面28形成为与环形基部和倒角表面26、27邻接。另外地，齿顶表面38形成为与倒角表面26、27邻接。
倒角表面或倾斜表面26、27在每个齿侧表面28与齿顶表面38之间延伸，并且倒角表面26、27在齿顶表面38和齿侧表面28附近不同地形成。更具体地，倒角表面26、27具有与齿侧表面28相邻并与齿侧表面28邻接的弧形表面或圆形表面30、32。另一方面，在倒角表面26、27各自与齿顶表面38的任一端之间的连接是有角的，并形成边缘34、36。图4还用延伸通过齿轮齿20的中间的虚线示出了齿轮的节圆24。
图4中的虚线圆39表示齿轮齿20的包含倒角表面26的区域。图5A是虚线圆39内的区域的放大图，并且即使圆39被示出为围绕倒角表面26，倒角表面27也类似地形成。如所示出的，弧形表面30具有半径R，并且是圆45(由具有半径R的虚线圆45示出)的周向部分或圆弧。倒角表面26可以具有位于弧形表面30与齿顶表面38之间的大体线性的表面49。边缘34形成在线性表面49与齿顶表面38的相交处，使得倒角表面26的线性表面49从外部线和齿顶表面38以大致45度的角48径向向内地延伸，并且在线性表面49与齿顶表面38之间存在大致135度的角51。
弧形表面30和齿侧表面28是邻接的，并且形成为使齿侧表面28与弧形表面30相切。弧形表面30和齿侧表面28两者在切点40处相接。
除了用虚线表示的圆45之外，图5A还包括分开为在径向方向上延伸的长度或距离P的虚线外部线42和边界线43。外部线42相对于轴线C在轴向方向上延伸，并且与齿顶表面38共面。边界线43相对于轴线C在轴向方向上延伸，基本平行于外部线42并且在弧形表面30与齿侧表面28的切点40处与齿侧表面28相交。长度或距离P表示切点与齿顶表面之间的距离，并且P是从切点或边界线43上的点到外部线42上的点测量的，使得P基本垂直于外部线。
图5B描绘了虚线圆39内的区域的放大图的可供选择的实施方式。如所示出的，表面26可以形成为没有线性表面49，并且弧形表面30可以直接连接到齿顶表面38和齿侧表面28。在该实施方式中，弧形表面30与齿顶表面之间的边界34通常可以是圆形的，而不是有角的。
为了形成倒角表面26、27，相对于轴承的齿轮模数m确定距离P和半径R。如本领域中已知的，环形轴承的齿轮模数m等于节圆直径d与齿轮齿数n之比。距离P和半径R的值的范围被计算为等于或大于齿轮模数m的0.1倍，并且小于或等于齿轮模数m的0.15倍。换句话说，
0.1m≤P≤0.15m；
以及
0.1m≤R≤0.15m。
虽然可以从计算的范围内选择P和R的各种值，但是在优选实施方式中，从计算的范围内选择P和R的具体值，从而可以实现轴承10和小齿轮5的最佳啮合。选择这些值的一种方法包括使用ISO公式。
如图6中所示，当齿轮齿20形成有图3和图4中所示的示例性轮廓时，轴承10可以与小齿轮5啮合而不会损坏小齿轮5。更具体地，具有半径R的弧形表面30和具有径向长度P的倒角表面26、27的使用防止对小齿轮5的损坏。
轴承10和环形齿20可以整体地或部分地由诸如金属、金属化合物和/或合金、塑料、天然的和/或合成的聚合物、木材、陶瓷等的各种材料制成。
图7描绘了根据本发明的制造轴承10的方法的一个实施方式。首先，在步骤200中提供具有向外且基本在径向上延伸的齿轮齿20的环形轴承10(诸如由金属化合物制成的回转轴承)。在步骤200中还可以提供被构造为与轴承10一起使用的小齿轮5。接下来，在步骤210中，通过测量节圆直径d、计数齿轮齿数n并且将节圆直径d除以齿轮齿数n来确定轴承10的齿轮模数m。
在步骤220中，使用齿轮模数m来计算弧形表面30的半径R的长度的值的可接受范围，使得R大于或等于0.1m并且R小于或等于0.15m。在步骤230中，还使用齿轮模数m来计算P的长度的值的可接受范围，使得P大于或等于0.1m并且P小于或等于0.15m。
在步骤240中，从在步骤220和230中计算的值的范围内选择R和P的长度的值。选择R和P的具体值，使得可以实现轴承10与小齿轮5的最佳啮合。在选择R和P的值时可以使用ISO标准。
在步骤250中，在步骤200中提供的环形轴承10的齿轮齿20中产生倒角表面26、27。这可以使用各种机加工技术(诸如磨削、铣削、CNC和去毛刺等)执行。倒角表面26、27形成为具有与齿侧表面28相邻并与齿侧表面28邻接的弧形表面30、32，并且齿侧表面28形成为与弧形表面30、32相切，从而形成切点40。另外地，弧形表面30、32形成为使得其具有在步骤240中选择的长度的半径R。
此外，倒角表面26、27形成为使得每个表面具有在步骤240中确定的在径向方向上的长度P，长度P垂直于外部线42并延伸到切点40而测量。在弧形表面30、32与齿顶表面38之间可以存在线性表面49并且线性表面49与弧形表面30、32和齿顶表面38邻接。另外地，角边缘34、36形成在倒角表面26、27的线性表面49邻接齿顶表面38的位置，倒角表面(具体地，线性表面49)从齿顶表面38以45度的角延伸。
作为一种选择，步骤250可以包括形成如图5B中所示的倒角表面26、27，圆弧形表面30与齿侧表面28和齿顶表面38邻接并且在齿侧表面28与齿顶表面38之间延伸。在该实施方式中，在齿顶表面38与倒角表面26、27之间可以不存在角边缘34、36。
虽然如上所述制造环形齿轮10的优选实施方式包括对齿轮齿20进行机加工以形成必要的倒角表面26、27，但是可以利用诸如模制、铸造、挤压和粉末冶金的其他工艺来制造具有齿轮齿20的环形齿轮10。
本领域技术人员将理解，在不脱离上述实施方式的广泛的发明构思的情况下可以对上述实施方式进行改变。因此，应理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是旨在涵盖本发明的如在所附权利要求中总体上限定的精神和范围内的修改。