由于圆锥齿轮大端球面渐开线无法展成平面曲线研究,给圆锥齿轮的设计和制造带来很多困难,故工程应用中采用一种近似方法来处理,即用平面渐开线近似代替球面渐开线。方法大体分成两步:首先将大端的球面用锥面代替,然后再将锥面展成平面。
图5.9.3-1为一标准直齿圆锥齿轮的轴向半剖面图。OAB为其分度圆锥,如果大端齿廓为球面渐开线,和为轮齿大端球面上齿顶高和齿根高。过A点作直线AO1垂直AO,与圆锥齿轮轴线交于点O1,设想以OO1为轴线,O1A为母线作一圆锥O1AB,该圆锥称为直齿圆锥齿轮的背锥(backcone)。显然背锥与球面切于圆锥齿轮大端的分度圆上。
现将球面渐开线齿廓向背锥上投影,在轴剖面上得a′和f′点,由图看出,a′f′和相差极微,而且当球面渐开线半径R与轮齿大端模数m的比值越大时(一般R/m>30)两者相差更小。所以可用背锥上的齿形近似代替大端球面上渐开线齿形。由于背锥可以展成平面,最终将球面问题简化成平面问题处理。
为两相啮合的圆锥齿轮及相应的背锥O1AC、O2BC。将两背锥展成平面后即得两个扇形齿轮该扇形齿轮的模数、压力角、齿顶高和齿根高分别等于圆锥齿轮大端的模数、压力角、齿顶高和齿根高,其齿数即为实际齿数z1和z2,其分度圆半径rv1和rv2就是背锥的锥距(backconedistance)和。
如果将这两个扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮,则它们的齿数增加为zv1和zv2。人们将这两个设想的直齿圆柱齿轮称为这一对圆锥齿轮的当量齿轮,其齿数zv1和zv2就称为当量齿数。最终完成了以圆锥齿轮的模数与压力角,以齿数为zv的直齿圆柱齿轮的齿形来近似代替圆锥齿轮的大端齿形。
将代入得
(5.9.3-1)
由此计算所得当量齿数zv一般不为整数,可近似取整。
引入背锥和当量齿数的概念,就可以将直齿圆柱齿轮的某些原理近似地用到圆锥齿轮上。如直齿圆锥齿轮的正确啮合条件可从当量圆柱齿轮啮合得到,即两轮大端的模数和压力角应分别相等。又如,直齿圆锥齿轮无根切的最少齿数zmin与当量齿轮的最少齿数zvmin之间的关系为
zmin=zvmincosd
由此可见zmin<zvmin。
