面齿轮齿面创成方法及啮合特性研究

发布时间：2019-11-02 14:48

【摘要】：摘要：面齿轮传动是一种由圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合演变而来的新型齿轮传动,与锥齿轮传动相比,具有体积小、质量轻、承载能力高、噪声低、可靠性高、寿命长等诸多特点。尤其是其在武装直升机主减装置中的独特分流特性,引起了业界的高度关注。目前,面齿轮传动正逐步替代螺旋锥齿轮而成为武装直升机传动系统中最重要的核心零件。 本文以高强度、低噪声的高质量面齿轮设计为目标,对其齿面创成方法及啮合特性进行相关研究,主要研究内容如下： 1.基于范成加工的面齿轮齿面生成及接触迹特征研究 根据面齿轮啮合原理,建立了齿面工作区及过渡区的曲面方程,对轮齿外圈出现齿顶变尖和内圈产生齿根根切的原因进行了分析,获得了满足齿根不产生根切及齿顶不变尖的面齿轮最小内半径和最大外半径系数的变化曲线,为面齿轮参数设计提供了方便；推导了齿面接触迹方程,并获得了齿面接触迹分布规律图；对不同模数、齿数差条件下的齿面接触迹进行了仿真,发现齿面接触迹与齿数差、模数及传动比有关,其中传动比对接触迹影响较大。同时发现,如果模数变大将引起齿高和齿长变大,而齿数增加将引起齿宽变大,但齿高则变小；建立了考虑安装偏差的面齿轮传动坐标系,对安装过程中出现的偏置距偏差、轴向偏差和轴向夹角偏差等三种偏差之间的联系进行讨论,发现通过控制安装偏差可以改变面齿轮传动在啮合过程中的接触区域位置,以便进行接触轨迹的调整。 2.面齿轮齿面创成几何方法及磨齿物理场研究 对面齿轮齿面采用蜗杆磨削所需的运动进行分析,建立了面齿轮齿面蜗杆磨削机床的几何模型。根据蜗杆砂轮包络过程坐标系,推导了由插齿刀齿面包络蜗杆砂轮齿面时的坐标变换矩阵,建立了用于磨削面齿轮的蜗杆砂轮模型；并对采用所设计的蜗杆砂轮模型仿真加工出的面齿轮的齿面与理论齿面进行对比,进行面齿轮磨削齿面接触及误差分析；对面齿轮磨削过程中的热力耦合及工艺参数对面齿轮磨削物理场影响的程度进行了分析,得到了齿面磨削时的温度、应力及应变的分布图。结果表明：磨削速度高和磨削深度小,对面齿轮齿面磨削是有益的,而进给速度对齿面磨削应力和应变等影响不明显,因此,可适当提高面齿轮的磨削进给速度。 3.面齿轮啮合温度场与振动特性分析 对齿面啮合点处的相对滑动速度、接触压力、齿面摩擦因数、摩擦热流量沿啮合面的分布规律及影响因素进行了分析,结果表明：大的压力角降低齿面摩擦热流量有利；对不同啮合位置的齿面温升进行了分析,发现齿面温度最高点位于齿顶边缘附近区域；分别就齿数差、压力角、模数、转数及负载等因素对面齿轮啮合性能的影响进行分析,结果表明：面齿轮传动系统中的主要振动来源于从动轮面齿轮。压力角为20°或者25°、齿数差为3时系统振动最小。增大模数对改善系统振动有益,但输入转速增加、负载增大,系统的振动则加剧。 4.面齿轮传动啮合实验研究 为了验证面齿轮传动啮合性能仿真结果的正确性,在面齿轮检查机上,对三种齿数差的面齿轮传动接触迹、传动误差及振动进行了测试,测试结果表面：齿数差对接触迹有一定的影响,但不明显。传动比对齿面接触迹的影响比较大,在一定范围内,传动比越大,接触迹越靠近轮齿的中部；振动测试实验研究发现：圆柱齿轮的齿数差为1时,面齿轮传动的误差最小。但齿数差为2时的面齿轮传动,其啮合性能较好；圆柱齿轮和面齿轮在x轴方向的振动受转速的影响都比较大,而z轴方向的振动则很小,但面齿轮较圆柱齿轮在z轴方向的振动受转速的影响要更敏感。图133幅,表19,参考文献181。
【图文】：

运用MATLAB5. 0软件得到面齿轮最小内径系数/?_与插齿刀具齿数和压力角以及插齿刀具与面齿轮的齿数比之间的关系曲线如图2-4所示。a = 20°---?a "26? ^ 8200 - “ “ 兰I 6 _a J I I I J I 1 15 20 25 30 35 40 45 50 55插齿刀具的齿数>^5图2-4面齿轮最小内半径系数的变化曲线由图2-4可以看出，面齿轮最小内半径系数R-与插齿刀具齿数近似于线性增加的关系。在相同参数条件情况下，面齿轮最小内半径系数尺^随插齿刀具压16

在MATLAB5.0中得到面齿轮齿顶不变尖的最大外径系数的变化关系曲线如图2-6所示。由图2-6可知，齿顶不变尖的最大外半径系数的变化规律类似于齿根不产生根切的最小内半径系数。将图2_6中&?的值乘上插齿刀模数m，，便可以可得到面齿轮齿顶不变尖的的最大外半径A的值[133]。2.2.3面齿轮齿根过渡区域方程面齿轮的齿面包括工作齿面和齿根过渡齿面，齿根过渡曲面是在面齿轮的加工过程中，插齿刀具的齿顶与被加工的面齿轮齿根部分包络所形成的轨迹曲面[149]0用0/代替插齿刀具齿面参数《有_]-I"“2 ~T￡) * bs= (2-35)在坐标系\中，面齿轮齿面的过渡曲面方程为：—?* 「 —I ~?* ?广/ (X,<?0 = L从) (2-36)将上式展^u可得：18
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

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1 王志;石照耀;;CMM测量正交面齿轮的误差理论分析[J];北京工业大学学报;2012年05期

2 张俐;丁志耀;王延忠;;面齿轮齿面的自适应采样方法[J];北京航空航天大学学报;2012年02期

3 杨振;王三民;刘海霞;范叶森;;负载与支承刚度对面齿轮传动系统动态特性的影响分析[J];燕山大学学报;2010年04期

4 李政民卿;朱如鹏;;面齿轮插齿加工中过程包络面和理论齿廓的干涉[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年07期

5 陈国安,刘洋,张苏瑛;工程机械摩擦学设计[J];工程机械;1998年12期

6 王志;石照耀;;面齿轮传动的特点及研究进展[J];工具技术;2009年10期

7 胥国祥;张以都;;基于LS-DYNA的正交面齿轮动态接触分析[J];装备制造技术;2010年02期

8 王志;石照耀;刘建炜;杨莉莉;;正交面齿轮计算机仿真加工[J];北京工业大学学报;2012年07期

9 沈云波;方宗德;丁文强;;面齿轮传动整个啮合过程相对法曲率干涉检验的方法[J];兰州理工大学学报;2013年01期

10 杨振;王三民;范叶森;刘海霞;;正交面齿轮传动系统分岔特性[J];哈尔滨工业大学学报;2011年03期

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1 明兴祖;螺旋锥齿轮磨削界面力热耦合与表面性能生成机理研究[D];中南大学;2010年

2 李大庆;直齿面齿轮啮合性能预控及碟形砂轮磨齿关键技术研究[D];江苏大学;2013年

3 靳广虎;正交面齿轮传动的强度与动力学特性分析研究[D];南京航空航天大学;2012年

本文编号：2554548