渐开线直齿圆锥齿轮修形分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1．1课题的来源、目的和意义齿轮在工业中是非常重要的机械零件。理解、掌握齿轮啮合接触行为特征，包括传动误差、接触应力以及接触区域的变形对齿轮的修形和优化将起到至关重要的作用。直齿圆锥齿轮主要用于轿车差速器，直齿圆锥齿轮在啮合时轮齿是在其全长上突然啮合的，在高速传动中会产生冲击载荷并且运转不平稳，噪声也比较大。因此，必须提出理想的修形曲线对齿轮进行修形以达到减振降噪的目的。本课题来源于国家杰出青年科学基金项目“塑性加工工艺与装备”(项目编号：50725517)、国家科技支撑计划课题“斜齿轮和锥齿轮冷精密塑性成形技术装备及其绿色润滑技术研

2、究”(项目编号：2006BAF04806)。本文主要研究齿轮修形技术，是该项目研究内容的重要组成部分。课题的目的在于研究齿轮接触啮合的基本特征，研究传动误差、综合刚度及齿轮接触变形情况，以寻求获取理想的修形方法和修形曲线，对直齿圆锥齿轮进行齿形优化，以实现减振降噪。为实现齿轮啮合减振降噪提供科学依据和技术方法。对齿轮进行优化设计可以降低齿轮的接触应力，减少齿轮的接触疲劳剥落失效的可能，延长齿轮的寿命，同时能降低齿轮的振动及噪声，对保护生态环境、提齿轮产品性能具有重要意义。通过本课题的研究，有望获得一种有效的修形曲线和修形方法，能为直齿锥齿轮在汽车及其它传动系统中的修形

3、方法和工艺提供技术支持。通过研究修形曲线及修形方法对齿轮的啮入啮出冲击、载荷分布、接触应力及传动误差的影响规律，为直齿圆锥齿轮的修形提供理论依据，进一步完善直齿锥齿轮的修形理论。武汉理工大学硕士学位论文1．2齿轮噪声和修形技术1．2．1齿轮噪声产生的原因在齿轮系统动力学中，主要研究由齿轮啮合动态激励产生的噪声。根据机理不同将噪声分为加速度噪声和自鸣噪声。由于轮齿冲击，齿轮会产生很大的加速度，引起周围介质的扰动，由于这种扰动产生的声辐射称为加速度噪(Air-borneNoise)，另一方面，在齿轮动态啮合力的作用下，系统的各零部件会产生振动，这些振动所产生的声辐射称为自

4、鸣噪声(Structured-borneNoise)。齿轮系统的动态激励分为内部激励和外部激励。外部激励主要指原动机和主动力矩与负载的阻力和阻力矩。内部激励是在齿轮副啮合过程中在系统内部产生的。内部激励问题是齿轮系统动力学研究的重点之一。内部激励包括刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。刚度激励和误差激励属于位移型的激励，冲击激励属于冲击力型的激励。刚度激励表现为因啮合齿对数变化而导致啮合综合刚度随时间周期变化而引起齿轮轮齿啮合力的周期变化。刚度激励使齿轮系统的动力学方程(分析模型)中含有时变系数，因而齿轮系统动力学问题属于参数激励的范畴。误差激励因为齿轮加工或者安装时候

5、存在的误差，齿轮齿廓偏离理论的理想位置，由误差的时变性引起的。在轮齿啮合过程中，由于轮齿的误差和受载弹性变形，使一对轮齿在啮入啮出过程中，其啮入点偏离啮合线的理论啮入点，就引起了啮入啮出误差。由啮合冲击产生引起的冲击力也是轮齿的动态激励源之一【11。归纳起来齿轮传动过程中产生振动和噪声的原因主要有以下几点：(1)啮合刚度的变化；(2)传动误差；(3)啮入、啮出冲击；(4)动态啮合力；(5)由于摩擦力方向的改变而产生的节点的冲击。这几种激励源有一些是互为因果的，例如动态啮合刚度受传动误差的影响；而啮合刚度的变化、传动误差以及轮齿的啮入啮出冲击的综合作用，使齿面产生动态啮

6、合力；摩擦力方向在节点处发生变化又将产生节点冲击【2】。对于渐开线齿轮，前三种因素是齿轮噪声的主要影响因素，由于齿面间的摩擦力方向改2武汉理工大学硕士学位论文变而造成冲击所产生的噪声与这三种因素产生的噪声量值相比是比较小的。1．2．2齿轮修形技术齿轮修形技术概括起来可以分为齿廓修形和齿向修形两种。(1)齿廓修形平稳的齿轮啮合传动过程，主、被动轮的基节必须处处相等。但实际中的齿轮产生弹性变形，使处于啮合线位置的主动轮和被动轮的基节发生变化，不再相等。图i-i齿轮的啮入干涉如图1．1所示，当一对齿轮l进入啮合位置时，由于齿对2的变形，主动轮基节加l小于被动轮基节pb2，主

7、动轮的齿根与被动轮的齿顶在啮合线之外接触，由此造成齿轮传动比瞬间变大，被动轮的转速增加，轮齿啮合的啮合力突然增高，形成主动轮齿根与被动轮齿顶的几何干涉，称为啮入干涉。与此类似，啮出时主动轮齿顶与被动轮齿根的几何干涉，称为啮出干涉。制造产生的基节误差、运转中轮体温度的变化等，都会进一步影响上述啮入干涉和啮出干涉的程度。为了使啮合刚度变化比较平缓，减小由于基节误差和受载荷变形所引起的啮入和啮出冲击；或为了改善齿面润滑状态防止胶合发生，把原来的渐开线齿廓在齿顶或接近齿根圆角的部位修去一部分，使得该处的齿廓不再是渐开线形状，这就是齿廓修形。齿廓修形的目的，就