ac太阳轮齿向鼓形修形技术开发及应用

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1、AC16太阳轮齿向鼓形修形技术开发及应用一、项目起因AC16驱动桥轮边减速机构采用渐开线直齿圆柱齿轮，渐开线直齿圆柱齿轮传动因其传动平稳结构紧凑，便于制造，易于维护，承载能力大，使用寿命长，所以广泛应用。但随着齿轮转速升高或负载加大，轮齿的热变形或机械变形将明显增大，在加上安装和制造误差，不可避免地会出现啮入、啮出冲击，从而降低传动精度和承载能力，缩短使用寿命，增大振动和噪声。从售后故障反馈情况来看，齿面点蚀在齿宽方向主要位于中部，而齿高方向主要位于中部。AC16太阳轮在试制过程中，采用了负变位剃齿刀设计和齿形

2、修形技术，消除了产品的齿形中凹缺陷。为了进一步提升产品质量，降低售后故障率，齿轮加工部决定以AC16太阳轮为试验对象，对齿向进行修形技术开发与应用。二、齿轮齿向修形的理论与方法由于齿轮轴或齿轮轮体在啮合受力情况下，轮齿会发生扭转弹性变形及弯曲。另外，制造中的齿向误差、箱体轴承孔座的误差及受载后的变形所引起的轴线平行度以及高速齿轮因为惯性力引起的变形和温差引起的热变形等，都会使齿面沿齿宽方向负荷发生变化。情况严重时造成载荷局部集中，引起高负荷区的齿面破坏或轮齿折断。高速重载齿轮运转时温度较高，热弹性变形更使负荷沿

3、齿宽方向分布复杂化，特别是小齿轮因转速高、温度高，热变形显著，影响更大。齿向修形包括齿端修形和鼓形修形，他们目的是相同的，都是为了改善在啮合状态下受力不均匀现象。图2-1鼓形修形（左）与端部修形（右）从国内外的资料来看，有不同的修形理论，所采取的修形量计算方法不同。欧洲比较倾向于鼓形齿修形，美国图纸大都采用端部修形。为此，需要从轮齿啮合受力出发，确定修形量和修形长度。一、齿向载荷的分布模型如图3-1所示，当轴承相对于齿轮作不对称配置时，受载前，轴没有弯曲变形，轮齿啮合正常，两个节圆柱恰好相切；受载后，轴产生弯曲

4、变形，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就导致齿轮在齿宽方向一端接触，而另一端产生间隙。图3-1齿轮的不对称偏置（左）与轴的受载变形导致一端接触（右）实际上，由于齿向误差、轴承孔的平行度误差、齿轮轴和轴承及箱体变形等原因都会导致齿轮在齿宽方向一端接触，而另一端产生间隙。若存在一端接触的情况，则沿齿向的载荷分布就不均匀。图3-2受到较小载荷（左）与较大载荷（右）后的齿宽方向载荷分布一、修形量的确定1.齿向修形量的计算国外的相关资料，有的给出了鼓形量的要求，有的给出了如图2-1所示的图形，但没给出相应的齿向轨迹方程。按等半

5、径圆弧进行鼓形修形，由图4-1可得：（4-1）由于鼓形量本身很小，所以可以省略，则得鼓形半径（4-2）图4-1鼓形齿结构同理可得：（4-3）因为等半径鼓形，所以由式（4-2）及（4-3）可得任意点上的鼓形量：（4-4）2.圆柱齿轮副修形量的确定一对啮合的齿轮副，不仅有接触变形，同时还有啮合歪斜度的存在。所以，设计鼓形齿的最主要的目的是保证机件在最大啮合误差的条件下互相啮合的轮齿不发生端点接触——相切而不相割，减少棱边效应；同时还应保证在不倾斜或少倾斜的情况下，最大限度地减少单位齿宽上的载荷。此外，由于齿轮是一个

6、弹性体，在受载后必定要变形，从而影响齿面上的接触情况。为此，鼓形量的确定应该包括如下方面：（1）无载荷作用下的齿向误差由图4-1可得A点处的齿向误差：（4-5）将式（4-5）代入（4-2）可得（4-6）当一对啮合的齿轮副，在齿向误差存在时，对应的当量倾斜角则有。由于本身很小，所以可得（4-7）若保证在最大齿向误差情况下，一对啮合的轮齿在A点处相切而不相割，其条件必然满足（4-8）将式（4-6）与（4-7）代入（4-8），得到无载荷下所需的鼓形量：（4-9）（2）有载荷作用下的齿向误差实际工作中的齿轮，由于各种原

7、因，总是要引起齿轮偏斜。偏斜的结果使单位齿宽上的载荷相对未偏斜时有所增加。所以在齿厚方向上的弹性变形增加了。我们所确定的鼓形量，如果能补偿在齿厚方向的总的弹性变形量，则轮齿在实际工作中就能达到全长接触，同时还能避免棱边相割。由图4-2可得鼓形量为一对啮合的齿轮在齿厚方向的弹性变形量。图4-2弹性变形后的模型取鼓形量为一对啮合的轮齿在齿厚方向的总的弹性变形量：即当时，，得（4-10）当时，，得（4-11）式中为圆周力，为啮合综合刚度，为齿宽，为齿向误差。2.太阳轮在载荷作用下齿向误差的数值计算ISO相关资料指出，

8、未经齿向修形的齿向相对误差为：式中为轴弯曲、扭转引起的误差，为齿轮的加工制造齿形误差，为跑合使误差的减少量。（1）轴荷齿轮弯曲与扭转变形引起的齿向误差计算轮边减速器太阳轮与行星轮啮合时，节圆上的切向力、径向力和对弯曲中心的力矩，在这些载荷下，齿轮会产生平面变形，其受力简图如4-3所示。图4-3载荷沿圆周分布与半轴简图由传动轴的扭矩和外力偶矩平衡可得：,由于车辆运行中，大部分时间是正常扭