直齒錐齒輪修形方法研究.pdf

1、直齒錐齒輪是轎車變速器的重要零件，其工作性能對(duì)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)有著至關(guān)重要的影響。 本文圍繞轎車錐齒輪修形問題（包括齒廓修形和齒向修形），采用齒輪嚙合傳動(dòng)理論分析和數(shù)值模擬方法進(jìn)行了研究。 目前，在分析直齒錐齒輪嚙合傳動(dòng)過程時(shí)，一般都是采用背錐漸開線建模，雖然背錐漸開線與球面漸開線非常接近且建模方便，但該法建?？偸谴嬖谡`差，當(dāng)球面半徑R 與齒輪的模數(shù)m 之比越小時(shí)，其誤差就越大，轎車上的圓錐齒輪其m R 很小，采用背錐漸開線

2、建模誤差更大。針對(duì)這一情況，根據(jù)直齒錐齒輪嚙合原理，分析推導(dǎo)出齒輪的球面漸開線公式，運(yùn)用CAD 軟件PRO、ENGINEER 中可變截面掃描法和三維造型軟件中齒輪通用設(shè)計(jì)方法，建立了直齒錐齒輪的參數(shù)化精確模型。利用該模型，只需修改齒數(shù)/球面半徑/壓力角等任一參數(shù)，通過再生就可得到一個(gè)新的齒輪模型。 這不僅提高了建模精度，而且便于修改，大大提高了建模效率。 運(yùn)用有限元軟件MSC.MARC 分析了齒輪接觸問題，在PATRAN

3、 里通過分割模型的方法，解決了作為整體模型難以采用六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分的難題。給出了齒輪嚙合仿真的邊界條件及約束的施加方法。對(duì)齒輪嚙合過程進(jìn)行靜態(tài)模擬分析，研究接觸過程的接觸應(yīng)力/彎曲應(yīng)力/傳動(dòng)誤差/輪齒的“端嚙”/嚙合剛度以及載荷分配系數(shù)等，得到了一些基本規(guī)律，為齒輪的齒向修形和齒廓修形打下了理論基礎(chǔ)。 運(yùn)用有限元方法對(duì)輪齒的低階固有頻率和相應(yīng)的振型進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，準(zhǔn)靜態(tài)條件下輪齒剛度的研究成果可應(yīng)用于齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)變

4、形結(jié)果。 通過“端嚙”現(xiàn)象說明了齒向修形的必要性；仔細(xì)研究了整個(gè)嚙合周期內(nèi)輪齒大/小端的變形情況，給出了最大修形量。對(duì)于直齒錐齒輪可采用兩種不同齒向修形方法： 一種是齒端修形，另一種是齒向修鼓。通過研究發(fā)現(xiàn)，齒向修鼓對(duì)裝配誤差不敏感，而齒端修形承載能力大。齒端修形也有兩種形式：即直線修形和曲線修形。在相同的彈性變形情況下，曲線修形的承載面積要大于直線修形的承載面積，故接觸應(yīng)力小，強(qiáng)度條件好，所以最好采用曲線修形。

5、 齒輪嚙合時(shí)的傳動(dòng)誤差被認(rèn)為是齒輪的噪聲和振動(dòng)的主要原因之一。大量的文獻(xiàn)中有的是測(cè)量齒輪的傳動(dòng)誤差，有的是對(duì)齒輪振動(dòng)進(jìn)行分析。但這主要基于傳統(tǒng)的方法。因而，仍然有必要采用現(xiàn)代數(shù)值模擬即有限元技術(shù)模擬分析進(jìn)而預(yù)測(cè)齒輪振動(dòng)的剛性，特別是修形（包括齒廓修形）的齒輪行為特征。包括齒輪嚙合性能/傳動(dòng)誤差/局部變形比率和載荷分配系數(shù)等，這給齒輪設(shè)計(jì)提供了可選擇的方法。 分析了齒輪傳動(dòng)誤差對(duì)噪聲的影響，提出對(duì)于直齒錐齒輪齒廓修形，只能采用直線

6、/圓弧和旋轉(zhuǎn)漸開線三種曲線修形；采用Harris 圖表所表達(dá)的傳動(dòng)誤差來表述包括短修形和長(zhǎng)修形在內(nèi)的不同曲線類型的齒廓修形的效果。分別采用三種曲線對(duì)錐齒輪進(jìn)行短修形和長(zhǎng)修形時(shí)，所得結(jié)果如下： 1) 即使直線修形是最經(jīng)濟(jì)的修形方法，但是最好不要采用它進(jìn)行齒頂或齒廓修形；從傳動(dòng)誤差/載荷分配系數(shù)等角度來分析，因?yàn)橹本€修形引起的噪聲最大。 2) 三種曲線修形方法中，短修形單齒區(qū)域的傳動(dòng)誤差保持不變，不受齒廓修形的影響（忽略過渡

7、區(qū)傳動(dòng)誤差）；雙齒區(qū)域中間的部分仍然有小的傳動(dòng)誤差不受齒廓修形影響，這適用于所有的載荷和曲線修形類型；雙齒區(qū)的傳動(dòng)誤差不會(huì)超過單齒的傳動(dòng)誤差，或者雙齒區(qū)的傳動(dòng)誤差數(shù)值落在單齒區(qū)域里傳動(dòng)誤差數(shù)值范圍內(nèi)，當(dāng)載荷增加時(shí)，單齒區(qū)相應(yīng)地延長(zhǎng)；短修形不能使噪聲顯著降低，必須采取長(zhǎng)修形進(jìn)行修形。 3) 旋轉(zhuǎn)漸開線齒頂長(zhǎng)修形后的齒輪在一個(gè)嚙合周期內(nèi)會(huì)得到穩(wěn)定和平滑的傳動(dòng)誤差曲線，旋轉(zhuǎn)漸開線齒廓修形將得到最好的效益并且容易制造。 4) 三