共轭曲线齿轮设计理论及切齿方法研究

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1、共轭曲线齿轮设计理论及切齿方法研究重庆大学博士学位论文学生姓名：高艳娥指导教师：陈兵奎教授、博导专业：机械工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年三月InvestigationsonDesignTheoryandCuttingProcessofConjugate-curveGearsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringByGaoYan-eSupervisedbyPro

2、f.ChenBingkuiSpecialty:MechanicalEngineeringCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMarch,2015中文摘要摘要齿轮是制造装备业和国防工业中极其重要的关键基础件，被认为是工业的象征。科学技术的发展对齿轮传动的性能如效率、可靠性、传动精度、承载能力等提出了越来越高的要求。开展齿轮啮合原理研究，是提高齿轮传动性能的理论基础和技术支撑。共轭曲线原理以空间光滑曲线为研究对象，研究了曲线的啮合特性，为新型齿轮传动研究提

3、供了理论基础。共轭曲线齿轮传动是在共轭曲线原理的基础上提出的。共轭曲线齿轮的啮合齿面继承了共轭曲线的啮合特性，凹凸点接触的共轭曲线齿轮传动具有承载能力大、润滑效果好及使用寿命长等优点。由于共轭曲线齿轮传动中小齿轮的齿数可以设计的很小，如3~6个齿，模数可以设计的很大，因此其结构更加紧凑，是一种体积小重量轻的重载传动形式，在矿山机械、运输机械等重载领域及在航空航天、船舶航海等对重量和体积有限制的领域具有广泛的应用前景。本文研究了共轭曲线齿轮传动的设计理论，系统地研究了啮合性能与齿形特性、切齿方法与测量方法，进行了样机试制并开展了传动性能试验。论文的主

4、要工作可概括如下：（1）开展了共轭曲线齿轮传动的啮合理论研究：推导了共轭曲线的啮合方程、啮合线方程等；提出了等距包络法构建共轭曲线齿轮啮合管啮合齿面的方法，推导了等距线方程、包络面方程等；提出了法面齿廓作螺旋运动构建共轭曲线齿轮啮合齿面的一般方法，推导了啮合齿面方程；研究了齿轮齿条法获得的啮合齿面与理想啮合齿面之间的偏差，推导了齿轮齿条法的啮合方程、啮合齿面方程，给出了啮合齿面与理想啮合齿面偏差的计算方法。（2）开展了共轭曲线齿轮的齿形设计和精确实体建模方法研究：提出了共轭曲线齿轮齿形的设计方法，确定了共轭曲线齿轮基本齿廓的齿形参数和设计原则，设计

5、了三点接触和两点接触共轭曲线齿轮的基本齿廓；根据共轭曲线齿轮的齿面方程提出了共轭曲线齿轮副精确实体模型的构建方法，建立了五种不同法面齿廓的共轭曲线齿轮副的实体模型。（3）开展了共轭曲线齿轮传动的接触有限元分析：对五种不同法面齿廓的共轭曲线齿轮副进行了有限元分析，计算了单点接触、三点接触、两点接触的共轭曲线齿轮传动的接触应力、等效应力和弯曲应力等，研究了齿形参数对齿轮传动强度的影响。（4）开展了共轭曲线齿轮的切齿方法和测量研究：提出了共轭曲线齿轮切齿刀具的设计方法，根据共轭曲线齿轮基本齿廓和滚刀参数设计原则设计了分别加工凸、凹齿齿廓的滚刀；提出了共轭

6、曲线齿轮滚削加工工艺，进行了数控滚削加I重庆大学博士学位论文工的各项参数设定和编程，研究其关键技术并进行滚削加工试验，完成多套齿轮样机试制，开展了共轭曲线齿轮传动的现场检测原理和方法研究。（5）开展了共轭曲线齿轮性能台架试验研究并取得了工程应用：确定了试验台的测试原理和连接方案，设计了试验台的工装、支架连接装置；完成了试验台的安装调试；设计并制造一台共轭曲线齿轮传动齿轮箱样机；开展了具有相同中心距和传动比的试验样机、国产渐开线硬齿面齿轮箱、FLENDER渐开线硬齿面齿轮箱的性能测试试验，包括效率试验和承载试验；对试验数据进行了分析；研制了两台共轭曲

7、线齿轮齿轮箱，分别应用于某公司车间的天车和运渣车上。关键词：共轭曲线齿轮，啮合理论，接触分析，切齿方法，台架试验II英文摘要ABSTRACTAsanimportantbasicpartinthemanufacturingequipmentindustryandnationaldefenseindustry,thegearisconsideredtobethesymbolofindustries.Thedevelopmentofscienceandtechnologyhasputforwardhigherandhigherrequirementsto

8、theperformanceofgears,suchashighefficiency,highreliability,hi