离心调速器循环应力尊龙d88登陆格林电动工具等高齿弧齿锥齿轮叶轮圆锥制动器机械效益二模芯钝化第 36卷 第4期 河 南 科 技 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 VoI_36 No．4 2015年 8月 JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology：NaturalScience Aug． 2015 文章编号：1672—6871(2015)04—0027—05 等高齿弧齿锥齿轮的三维精确建模与加工试验 张 华 ，韩益南 ，李天兴 ，杨建军 (1．河南科技大学 机 电工程学 院，河南 洛 阳 471003；2．江苏大学 汽车与交通工程学 院，江苏 镇江 212013) 摘要 ：基于格里森制弧齿锥齿轮 ，运用局部综合法与轮齿接触分析 (TCA)技术 ，研究等高齿弧齿锥齿轮的几何 设计 、加工参数设计和刀盘参数。通过 UG软件 ，建立该齿轮 的三维精确模型，对大、小轮模型进行运动仿真， 模拟齿面 的接触 区情况 。该等高齿设计的弧齿锥齿轮 ，在加工时只需采用0号刀盘 ，简化 了选刀过程 ，避免了 对角接触 。此外，该等高齿设计 的弧齿锥齿轮能够进行磨齿加工。在 GH35铣齿机上进行铣齿试验 ，试验结 果表明：该等高齿接触区规范，易于调整，提高了加工效率。 关键词 ：弧齿锥齿轮 ；等高齿 ；局部综合 ；对角接触 中图分类号 ：TH132．422 文献标志码 ：A O 引言 螺旋锥齿轮具有强度高、传动平稳的特点，广泛应用于高速 、重载 的空间相交轴传动。按照沿齿长 方向大小端齿高是否一致 ，螺旋锥齿轮分为渐缩齿和等高齿。渐缩齿以格里森制设计为代表 ，采用圆弧 齿形 ；等高齿 以奥利康制设计为代表 ，采用延伸外摆线齿形。在 国内，由于受到现有的铣齿设备 只能加 工渐缩齿等条件 的限制 ，渐缩齿还是一种主要的加工方法 ；在国外 ，等高齿在汽车行业 中得到越来越广 泛的应用 ¨J。奥利康等高齿在加工时，切削效率高 ，切削过程 中连续分度 ，分度精度高；在使用时，与 渐缩齿相比，其在运转噪声控制 、传动平稳性方面有一定的优势。因此 ，在国内等高齿正逐渐受到重视。 考虑到奥利康齿轮热处理后无法磨齿 ，限制 了齿轮副性能的进一步提高 ；奥利康加工机床 、刀盘与其配 套设备价格极其 昂贵，一般企业难 以承受 。本文提 出在原有格里森渐缩齿设计基础上 ，进行等高齿 设计 。 该设计等高齿直接在格里森机床上加工，不增加制造成本 。加工时按照节锥安装轮坯 ，齿根角为 0。，理论上不存在对角接触 ，直接选用0号刀盘。与渐缩齿相比，该设计不仅简化了刀号选取 的过程 ，且 在加工的过程中接触 区规范 ，只需简单调整 即可获得 良好的接触 区效果 ，提高效率的同时，降低了对工 人技术水平 的要求。此外 ，与奥利康摆线等高齿相 比，该设计等高齿可以进行磨齿 ，对等高齿表面质量 的提高具有重要意义。 1 等高齿弧齿锥齿轮的齿形设计 该等高齿基于原格里森渐缩齿的设计 ，在轮齿大端对根锥和面锥进行倾斜 ，使面锥母线 、根锥母线 与节锥母线平行 ，即根锥 、面锥 、节锥大小相等，从而达到等高的效果 ，大端基本参数与渐缩齿设计基本 相同。 由于等高齿的齿高在齿长方 向保持一致 ，采用延伸外摆线齿形 ，齿槽宽和齿顶宽是收缩 的，大端齿 槽宽和齿顶宽比小端略宽 ；采用圆弧齿形 ，大小端齿槽宽是基本一致 的，轮齿小端齿顶会因为过度收缩 齿顶变尖 ，降低 了轮齿的强度与美观性 。为了避免这个问题 ，主要采取以下 3种方法进行解决 ：(1)采 用小尺寸的铣刀盘 ，等高齿铣齿时根据刀盘与轮齿的收缩情况确定理论刀盘直径 ，在保证中点螺旋角的 条件下，小刀盘 的选用 ，增大 了轮齿齿长方 向的曲率 ，从而缩短了齿长 ，也就有效地减小了轮齿小端的收 基金项 目：国家 自然科学基金项 目；河南省高校科技创新团队支持计划基金项 目(13IRTSTHN025)；河南省高等学校青 年骨干教师 资助计划基金项 目 作者简介 ：张 华 (1977一)，男 ，山东泰安人 ，副教授 ，博士 ，研究方向为螺旋锥齿轮的数字化设计与制造技术 ． 收稿 日期 ：2015—01—19 · 28 · 河 南 科 技 大 学 学 报 ：自然 科 学 版 缩率 ；(2)采用短齿制设计 ，将齿顶高因数 由弧齿设计通用的0．85减为0．80或更小 ；(3)轮齿小端倒 角，该方法同样可以降低轮齿小端齿顶收缩 。 通过举例说明该等高齿设计 ，表 1为该算例的轮坯几何参数 。 表 1 弧齿锥齿轮副的轮坯参数 2 等高齿弧齿锥齿轮的轮齿接触分析与加工参数设计 对该等高齿设计运用局部综合法 进行加工参数计算 ，理论上使得两齿面在计算参考点附近达 到预定的啮合质量 ，通过轮齿接触分析 (TCA) ，得到更为精确 的齿面数据和加工参数。 局部综合是一种二阶分析方法 ，通过调整参考点处的二阶参数可以有效预控参考点处的啮合性能。 在本设计的试验算例中，设置的主要二阶参数有 ：接触路径与根锥母线。，传动误差 的一阶 导数值为0．003，接触椭 圆的长轴长度为 0．26倍齿面宽。采用 TCA对该齿轮副进行加工参数验证 。 TCA分析是一项通过数学计算的方法，模拟齿轮的啮合，可用来验证加工参数是否准确 。通过对传 动误差对称性的调整，大轮凸面的传动误差曲线a所示；大轮凹面的传动误差曲线与 接触路径 ，如图 1b所示 。理论上该设计齿轮副具有 良好的接触性能，相应的加工参数见表 2。 ，．、 、 。。 榭 需 (I／．) 大轮凸面 (b) 大轮凹面 图1 传动误差 曲线 刀盘参数与机床调整参数 r} r} r； rL rL 1j 1引J ]j m1)i l¨ Z 13{ 4 5 第 4期 张 华 ，等 ：等高齿弧齿锥齿轮 的三维精确建模与加工试验 ·31· 参考文献 ： [1] 邹曼 ．曲齿锥齿轮 的应用与发展 [J]．机械设计与制造 ，2005(9)：160—162． [2] 魏冰阳，周贺，陈金瑞．一一种弧齿锥齿轮行星传动齿轮箱体 的模态分析 [J]．河南科技大学学报 ：自然科学版 ，2013， 34(1)：12—15． [3] 邓效忠，郭建松 ．适合 中国国情 的等高齿锥齿轮制造技术 [J]．现代零部件 ，2011，63(9)：62—63． [4] LitvinFL，ZhangY．LocalSynthesisandToothContactAnalysisofFace—milledSpiralBevelGears[R]．WashingtonDC NASA，1991． LitvinFL．GearGeometryandAppliedTheoryIM 1．NewJersey：PrenticeHall。1994：267—276． 方宗德 ，杨宏斌．准双 曲面齿轮传动 的轮齿接触分析 [J]．汽车工程 ，1998，20(6)：350—355． 田行斌 ，方宗德．弧齿锥齿轮加工参数的全局优化设计[J]．航空动力学报，2000，15(1)：75—77． 邓效忠 ，方宗德 ，张金 良，等．弧齿锥齿轮高重合度设计[J]．中国机械工程 ，2002，13(9)：791—795． 北京齿轮厂编．螺旋锥齿轮 [M]．北京：科学出版社 ，1974：54—55． 张华 ，邓效忠．基于局部综合 的非零正传动弧齿锥齿轮副设计 [J]．农业机械学报 ，2007，38(1O)：150—153． 张华 ，邓效忠．基于局部综合 的非零变位弧齿锥齿轮切齿仿真 [J]．农业机械学报 ，2007，38(5)：204—206． 邓谷鸣，陈春榕 ，石林 ，等．基于 UG的格里森弧齿锥齿轮建模 [J]．机械 ，2008，35(10)：34—36． 唐进元 ，曹康 ，杜晋 ，等．含过渡曲面的弧齿锥齿轮齿面精确建模 [J]．机械科学与技术 ，2009，28(3)：317—321． 刘东超 ，杨宏斌．基于加工的弧齿锥齿轮三维建模 [J]．河南科技大学学报 ：自然科学版 ，2010，31(5)：12—15． 曾韬．螺旋锥齿轮设计与加工 [M]．哈尔滨 ：哈尔滨工业大学出版社 ，1989：60—63． … 。l‘l¨l·。。ll¨ 。ll¨J一 ’¨I-’¨¨… ．1¨… l‘l¨l} 。l_¨_ 。¨¨I-·。’_l¨l-。“…l· l‘l¨ …ll¨ ．‘1 。ll‘¨ (上接第26页) [3] 王燕山，李运华，王益群．基于Adaline神经网络负载模拟器的研究 [J]．机床与液压 ，2008，36(3)：129—130． [4] 王经甫，叶正茂，张辉，等．基于LMI的H 控制在 电液负载模拟器中的应用 [J]．机床与液压，2007，35(5)：169 l71． [5] 邵俊鹏 ，李建英 ，王仲文 ，等．电液负载模拟器多余力抑制 的结构控制补偿 [J]．电机与控制学报 ，2009，13(4) 587—591． [6] 邓大志．飞行器舵机被动式加载系统多余力矩抑制方法研究 [D]．广州：广东工业大学，2009． [7] 张彪．电液负载模拟器多余力矩抑制及其反步 自适应控制研究 [D]．哈尔滨 ：哈尔滨工业大学，2009． [8] 李洪人 ．液压控制系统 [M]．北京：国防工业 出版社 ，1990． [9] 杨红艳 ．被动式 电液力伺服系统的同步解耦控制研究 [D]．洛阳：河南科技大学，2013．

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