等高齿曲齿锥齿轮的设计与加工试验

摘要

弧齿锥齿轮具有高强度，低噪声，传动平稳的特点，广泛应用于高速、重载的空间相交轴传动。按照沿齿长方向齿高是否一致，弧齿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、克林贝格制设计为代表，采用延伸外摆线齿形。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，相比渐缩齿在运转噪声控制、传动平稳性方面有一定的优势。因此，在国内等高齿正日渐受到重视。
　　考虑到奥利康齿轮无法磨齿，限制了齿轮副性能的进一步提高；奥利康机床、刀盘及其配套设备价格高昂，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，运用局部综合法和轮齿接触分析（TCA）进行等高齿设计。本设计等高齿，采用短齿制、小刀盘，与渐缩齿相比轮齿强度不降低；从根本上避免了对角接触，使得接触区规范，易于调整；加工时统一采用0号刀盘，简化了选刀过程；能够进行磨齿加工，提高了等高齿的表面质量；小刀盘的选用也降低了对机床刚性的要求，有利于提高加工效率。本文的主要研究内容和结论如下：
　　1、基于格里森制弧齿锥齿轮研究等高齿曲齿锥齿轮的几何设计、刀盘参数确定方法。本设计将渐缩齿的面锥、根锥在齿面的大端倾斜，使面锥、根锥均平行于节锥，大端参数保持不变；为了避免小端齿顶过度收缩，设计采用短齿制，加工采用小刀盘；加工时，按节锥安装毛坯，齿面压力角在节锥保持一致，根本上避免了对角接触的发生。
　　2、基于局部综合原理，研究等高齿曲齿锥齿轮的加工参数设计方法。确定大轮的加工参数，选择齿面参考点，计算参考点处主曲率和主方向；运用局部综合法与 TCA技术，调整齿面参考点处的二阶接触参数，有效预控齿轮副在参考点处及其附近的啮合性能，确定了小轮的加工参数；根据该理论，编制程序，进行几何参数与加工参数的计算、TCA分析等。
　　3、研究等高齿曲齿锥齿轮的三维精确建模技术。根据齿轮副的齿面方程与边界条件，编制程序，生成UG识别的齿面坐标点文件；将文件导入UG软件，分别建立了曲齿等高齿与常规格里森渐缩齿的三维精确模型；通过运动仿真模拟齿轮副啮合时的瞬时接触区状态，验证 TCA分析效果，对比两种齿轮接触区的差异；分析齿形效果。
　　4、运用有限元方法，研究两种设计齿轮副的齿面接触应力情况。在 ANSYS中对建立的等高齿与渐缩齿模型进行接触应力分析，对比两种设计齿轮的齿面应力大小与分布。
　　5、在常规格里森铣齿机上进行加工试验。设计并加工等高齿轮坯与夹具；得到 GH35C铣齿机固定安装法加工等高齿曲齿锥齿轮的加工参数；进行加工试验；通过滚动检查，对接触区进行修正，最终得到具有理想接触区的试验样品；对样品的齿面偏差进行测量。试验发现本设计齿轮接触区规范、易于调整。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景

1.2 理论意义与应用价值

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 课题主要研究内容

第2章 等高齿曲齿锥齿轮设计

2.1 等高齿曲齿锥齿轮的轮坯设计

2.2 局部综合法与TCA分析

2.3 基于局部综合法的加工参数推导

2.4 等高齿设计实例

2.5 本章小结

第3章 等高齿曲齿锥齿轮建模与接触仿真

3.1UG NX简介

3.2 齿面点坐标的生成

3.3 基于UG的三维建模

3.4 齿轮副接触区仿真

3.5 齿形分析

3.6 本章小结

第4章 等高齿曲齿锥齿轮接触强度分析

4.1 计算机辅助工程与有限元

4.2 齿面接触应力分析

4.3 本章小结

第5章 等高齿曲齿锥齿轮加工试验

5.1 试验条件介绍

5.2 试验过程

5.3 齿面偏差测量

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果