高重合度弧齿锥齿轮加工参数设计与重合度测定.pdf
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1、第卷第期年月机械工程学报高重合度弧齿锥齿轮加工参数设计与重合度测定邓效忠河南科技大学机电工程学院洛阳方宗德魏冰阳杨宏斌西北工业大学机电学院西安河南科技大学机电工程学院洛阳摘要给出了高重合度弧齿锥齿轮的加工参数设计方法。利用局部综合法、轮齿接触分析、轮齿承载接触分析和啮合仿真技术,通过齿面接触路径倾斜,达到了高重合度的设计目的。该设计方法不改变轮坯的几何参数,不改变大轮的加工调整参数,可在现有的机床上使用标准系列刀具加工,实用性强。给出了三种齿面接触路径倾斜度不同的设计方案,进行了啮合仿真分析与重合度测定,结果证明,用该方法可设计出重合度达一的高重合度弧齿锥齿轮。关键词弧齿锥齿轮重合度加工参数中
2、图分类号月台高重合度弧齿锥齿轮的设计方法弧齿锥齿轮在航空、航天、车辆和机床等现代机械中是不可取代的关键传动部件,在噪声、强度、动态性能和可靠性方面都有很高的要求。由于弧齿锥齿轮几何结构复杂,设计制造中质量控制较困难,其动态性能与振动噪声问题更为突出。数值仿真证明,工作载荷下的实际重合度和传动误差是影响振动噪声的主要因素。为了使齿轮的本质噪声降低,应使轮齿间的刚度变化尽量柔和,因此可通过提高齿轮的重合度来实现。传动误差的相对幅值是振动的直接激励,而重合度则决定工作载荷下的传动误差,当重合度较大时,齿轮副在载荷作用下能够获得较好的传动误差曲线和改进的动态特性。因此,增大齿轮副传动中的重合度,有利于
3、改善齿轮传动的平稳性和齿间载荷分配,提高齿轮的动态性能和强度性能。通过增加工作齿高提高重合度以达到降低噪声的目的,已被以往的研究所证实。但是,由于根切和齿顶变尖的限制,这种设计不适用于小轮齿数少的传动,且轮坯设计需做改变,切齿效率低,使其应用受到了一定限制。利用局部综合法,通过齿面接触路径倾斜,在不改变轮坯的几何参数与大轮加工调整参数的前提下,只对小轮进行加工参数设计,即可达到增大重合度的 目的。传统的切齿参数设计按调整卡计算,该方法不能严格控制被切齿面的啮合性能,无法实现轮齿啮合特性参数预控与交互设计。世纪年代后,提出了局部综合法,设计出了满足预定的一阶、二阶啮合要求的切齿参数,可以有效地控
4、制齿面参考点位置一阶参数、参考点上接触路径方向、接触椭圆尺寸和传动比的一阶导数二阶参数,使预控接触参数设计成为可能。高重合度弧齿锥齿轮的设计是基于局部综合法,利用弧齿锥齿轮齿面几何结构的可控性,通过改变齿面接触路径方向,达到提高重合度的目的。图为设计过程流程图。该设计过程基于局部综合、和,能够相当精确地进行齿面展成、啮合分析和承载分析等数值仿真,使设计得到的传动误差、重合度与啮合性能得到直接地反映,根据、生成的一系列啮合仿真图,合理地设置参考点的位置、接触路径的方向、传动比的一阶导数,最后通过迭代实现高重合度弧齿锥齿轮的加工参数设计。设计实例国家自然科学基金与航空科学基金 叨资助项目。收到初稿
5、,收到修改稿对某公司生产的双轴立式车床主传动的弧齿锥齿轮进行了改进设计,轮坯的设计参数如表所示,工作面为小轮凹面,大轮凸面。共设计三种接触路机械工程学报第卷第期选选择传传动动比一一阶阶导数数符符号号润润整整传传动动比比一一阶阶导导致致值值接触路径正常倾斜设计。由齿面啮合仿真程序得到的大轮齿面的接触路径与传动误差曲线如图和图所示,接触路径与齿根垂线的夹角是。该对齿轮的最小工作负荷大轮转矩 为,最大工作负荷为,对应的承载传动误差曲线如图下面的两条波浪曲线所示。由传动误差曲线可 以看出该对齿轮 的设计重合度只有重合度计算方法见参考文献,承载传动误差曲线波动较大,动态性能较差,在最大工作负荷下已经出现
6、了明显的边缘接触。图是最大工作负荷下的齿面载荷分布,齿面没有得到充分的利用。该种设计为常规设计。图迭代过程流程图径倾斜度不同的试验件。加工设计不改变轮坯的设计参数,保持大轮有相同的加工调整参数,只改变小轮的调整参数使接触路径倾斜,达到增大重合度的目的。表为接触路径分别倾斜、与,重合度分别为、与三种设计的切齿调整参数。表齿轮设计参数小轮大轮模数滋加,齿数压力角诚。中点螺旋角粼旋向左右顶隙系数。齿顶高系数心径向变位系数气氏一切向变位系数叔一安装距必切保证侧隙占厄助表接触路径不同倾斜度的切齿调整参数小轮凹面切齿调整参数大轮正常倾斜中倾斜。大倾斜。齿面的接触路径齿面暇荷分布一一小轮转角六,一一一一月月
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