准双曲面齿轮主动轮精锻数值模拟分析

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1、第1章绪论第1章绪论1.1引言随着科学技术的不断发展，齿轮传动作为一种应用极为广泛的传动形式，可以实现任意两轴之间的传动，具有结构紧凑、传动平稳、安全可靠、寿命长、效率高、传动速度和功率适用范围广等优点，已经被普遍应用于汽车、航空航天、航海、工程机械、机床等行业中。尤其是用于传递空间交错轴传动的准双曲面齿轮，由于其自身应用的优越性而倍受国内外科研工作者的追捧，关于准双曲面齿轮的制造方法也正在推陈出新，追求更节能、更高效、更便捷的方法以生产出更高质量的齿轮。目前应用最广泛的准双曲面齿轮制齿方法是切削加工，其发展相对比较成熟，但准双曲面齿轮由于精度要求高、技术参数计

2、算复杂、技术含量高等原因，造成材料使用率低、制造成本高及生产效率低；特别是金属纤维流线的连续性被切断，造成齿根弯曲疲劳强度和齿面接触强度不足，降低了齿轮的承载能力。而准双曲面齿轮的精密塑性成形方法突出的优点是成形出来的齿轮具有致密组织以及沿齿廓形状连续且均匀分布的纤维流线，齿轮的强度及齿面耐磨能力等性能都比切削加工优越，且可以提高效率、降低成本，符合低碳、高效、精密的可持续发展趋势。1.2准双曲面齿轮简述齿轮传动的种类很多，大致分为平面齿轮传动与空间齿轮传动。用于传递空间齿轮传动的齿轮的齿排列在轴线相交或交错的两个圆锥体的表面上，故而称为锥齿轮或伞齿轮，但是空间

3、齿轮传动不等同于只有锥齿轮传动，还有蜗杆传动，蜗杆传动本文不做讨论。其中螺旋锥齿轮又称为曲线齿锥齿轮，属于锥齿轮的一种，另外锥齿轮还包括直齿圆锥齿轮和斜齿圆锥齿轮。目前国际上螺旋锥齿轮包括美国格里森公司(GleasonWorks)设计的弧齿锥齿轮（包括准双曲面齿轮），简称“格”制；瑞士奥利康公司(OerlikonBuhrle)设计的延伸外摆线齿轮（“奥”制）；以及德国克林根贝格公司(Klingelnberg)设计的准渐开线齿轮（“克”制）。现在德国克林根贝格公司和瑞士奥利康公司已经合并，主要致力于“奥”制螺旋锥齿轮（包括准双曲面齿轮）的加工。目前，日美车系皆采用

4、“格”制齿轮，如TOYOTA、BUICK等，而欧洲车系则装备“奥”制齿轮，如1万方数据河南科技大学硕士学位论文BMW、AUDI及BENZ等。因使用要求不同，螺旋锥齿轮根据两轴线位置的关系分为三种，分别为垂直相交的弧齿锥齿轮；垂直不相交而是有一定偏置距的准[1]双曲面齿轮；相交不垂直的一般弧齿锥齿轮，这种齿轮只在特殊情况下使用。准双曲面齿轮传动中两齿轮的相对运动为绕某一固定轴线的转动与沿该轴线的滑动相结合的螺旋运动，此轴线称为相对转动滑动轴。将它绕各个齿轮轴线旋转形成两轮的节面，得到一对单叶双曲面瞬轴面，实际应用中，通常以一对圆锥[2]面代替单叶双曲面作为分度锥面

5、，因而这种齿轮被称为准双曲面齿轮。目前我国最常用的螺旋锥齿轮是弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮两种，且大都采用“格“制齿轮。表面看去，两者之间的区别仅在于：在准双曲面齿轮传动中，[2,3]小轮轴相对于大轮轴偏置了一定距离，但由此引起的变化却是相当大的，如[4]图1-1所示。（a）（b）图1-1螺旋锥齿轮轴线位置（a）弧齿锥齿轮轴线位置（b）准双曲面齿轮轴线位置Fig.1-1Axispositionofbevelgears（a）Axispositionofspiralbevelgears（b）Axispositionofhypoidgears准双曲面齿轮传动相对于弧齿锥齿

6、轮传动来说具有诸多优点：1.在空间布置上，偏置距使传动更具有灵活性。通过调整偏置距的位置使汽[5]车车身降低亦或增高，可以增强汽车的稳定性及越野性，如图1-2所示。图1-2主减速器Fig.1-2Mainreducinggear2万方数据第1章绪论2.由于准双曲面齿轮主动轮的螺旋角大于从动轮的螺旋角，这就造成了两轮之间重叠系数的增大，进而提高了运动的均匀性，使得传动更加平稳，噪音低，[5]更适用于高速传动。[5]3.能够实现相当大的传动比，在某些地方甚至可以代替蜗杆传动。4.相啮合的两个准双曲面齿轮的端面模数不相同，其中大轮的端面模数小于[6]小轮的端面模数，但法

7、向模数却大小一致。与弧齿锥齿轮小轮相比，准双曲面齿轮小轮在齿数及大轮法向模数都一致的情况下，小轮各部分尺寸变大，特别是[1]轴径变大，从而相应的增加了小轮轮齿的刚度、强度及承载能力。准双曲面齿轮的特征带来上述优点的同时又使其产生了独特的复杂性：1.弧齿锥齿轮的大小轮同一轮齿的两侧齿面具有对称的法向齿面形状，也即它们具有相同的啮合角和法向齿面轮廓线的曲率。而对准双曲面齿轮来说，由于偏置距的存在，虽然大轮的法向齿面形状是对称的，但与其相啮合的小轮的法向齿面形状是不对称的，即其同一个轮齿的两个法向齿面轮廓线具有不同的曲率和[6]不同的啮合角，如图1-3所示，所以准双曲

8、面齿轮的设计与计算远比其