调研报告：修形对齿轮的影响

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1、修形对齿轮性能的影响——对相关理论的学习及书刊选摘一、齿轮修形在机械工程中，齿轮传动是一种应用最广的机械传动形式,具有传动效率高、结构紧凑等特点。但由于不可避免地存在制造和安装误差,齿轮传动装置的振动和噪声往往较大,特别是在一些高速重载传动装置中,振动和噪声对传动性能有较大的影响。齿轮修形是降低齿轮传动装置振动和噪声的一种成熟而有效的技术,近年来获得了越来越广泛的应用。齿轮修形包括齿廓修形和齿向修形。1.齿向修形1)齿向修形原理：齿轮传动系统在载荷的作用下将会产生弹性变形，包括轮齿的弯曲变形、剪切

2、变形和接触变形,还有支撑轴的弯曲变形和扭转变形。这些变形将会使轮齿的螺旋线发生变形,导致轮齿沿一端接触,造成载荷分布不均匀,出现偏载现象。齿向修形可以通过补偿形变改善传动效果。摘自《齿形齿向修形初探》图1齿向修形原因19来自《斜齿轮齿向修形研究》图2齿向修形理论曲线1)齿向修形的方法：齿向修形一般只对小齿轮进行修形，分为齿端修形、鼓形修形和曲面修形。A.齿端修形由于全修形曲面较为复杂，所以在一定传动条件下可以用齿端修形代替齿向的全修形，齿端修形是指在轮齿的两端沿齿宽方向倒坡修形，或在齿根至齿顶45

3、°倒角也可以有效避免齿端过载。图3齿端修形及截面图齿端修形的公式：修形量：其中：——齿向线角度偏差（参照GB1009—88）修形长度：或19其中:——齿轮模数——齿宽图片及公式来自《齿轮修形小结》A.鼓形修形齿轮齿向修形的目的是消除齿轮轴受载产生的弯曲及扭转产生的弹性变形所带来的应力集中。另外，轴承孔座的误差及受载后的变形所引起的轴线不平度以及高速齿轮因为离心力引起的变形等因素都会对齿向修形产生一定影响。而鼓形齿修形既减少顶啮合发生的啮合冲击及噪声，又降低因齿向误差及齿轮轴向弯曲和扭转变形而造成

4、的载荷集中，啮合过程平稳，载荷沿齿向分布均匀。传统的鼓形修形是对称的鼓起以提高齿轮的啮合效果和传动性能，对于斜齿轮等啮合线不断变化的齿轮，可以通过调整鼓形高点的位置和鼓起率来加以调整。常用的方法是在渐开线上选定一些点并拟合成修形曲线，由于这种方法没有严格的理论计算公式，很大程度上是依据经验公式进行修形，这样在高速重载等工作条件下，很难保证其修形的有效性。图片摘自《斜齿轮齿向修形研究》图4常用的鼓形修形曲线鼓形修整虽然可以改善轮齿接触线上载荷的不均匀分布，但是由于齿的两端载荷分布并非完全相同，误差也

5、不完全按鼓形分布，因此修形效果也不理想。曲面修整是按实际偏载误差进行齿向修形。考虑实际偏载误差，特别是考虑热变形，则修整以后的齿面不一定总是鼓起的，而通常呈凹凸相连的曲面。19A.曲面修形曲面修形就是通过计算机辅助对工作曲面进行设计，并对工作条件进行仿真，并根据材料在工作条件下的弹性形变、温度影响下的变形计算出加工曲面。曲面修整效果较好，是较理想的修形方法，但计算比较麻烦，工艺比较复杂但是由于工作条件仿真难度较大，并且同一齿轮传动条件往往在不同的工作条件下进行工作，这种修形方法还有待进一步发展。1

6、)目前齿向修形的发展：齿向修形的研究在国内已经取得了一定的发展，要求实际螺旋角与理论螺旋角之间存在适当的差值，以补偿齿轮在全工况下多种原因造成的螺旋角齿向变形，尽量实现齿宽的均匀受载，提高齿轮承载能力及减小啮合噪声，但是目前并没有给出具体的修形理论公式。齿向修形图由整体螺旋角误差修整、弯扭综合弹性变形修整、热弹性变形修整以及齿端倒坡等诸因素叠加而确定，但修形方法的理论研究不够。采用有限元法对齿轮轴的变形进行了分析计算，掌握了齿轮轴的整体弹性变形和轮齿的变形情况，进而求得三维齿向修形曲线。但它只分析

7、了单齿啮合的情况，而没有考虑多对齿啮合的情况。一些工业发达国家已制定了齿向修形的基本标准，但由于影响齿向载荷分布因素的复杂性，很难适应所有的工作条件。目前，国外的研究已由静态修形向动态修形方向发展，但这些研究仍处于理论研究和试验阶段。因此，修形参数的确定在很大程度上还是依赖于经验，难以最大限度地减少振动、噪声。国外对齿轮修形的研究大部分采用有限元分析的方法，先建立齿轮三维模型，再通过各种方法推导出修形曲线，最后用有限元方法对压力、载荷等进行仿真分析。另外一种方法是直接对加工齿轮的滚铣齿轮或剃齿刀进

8、行修形，由此加工出来的齿轮即为目标修形齿轮，这样可以大大节省材料，缩短加工时间。再有一种方法就是通过建立实际齿轮传动装置动态模型，用实验的方法得到齿轮修形的优化曲线。1.齿廓修形1)齿廓修形的原理：齿轮传动过程中，为了保证传动的平稳，要求一对齿轮的基节处处相等，但是由于存在弹性变形，主动轮与从动轮的基节变得不相等，造成了齿轮之间19的干涉，从而产生了啮入、啮出冲击，形成了啮入时的碰撞和啮出时的根刮。在一对齿的啮合过程中，由于参与啮合的轮齿对数是变化的，所以会引起齿面载荷的变化，在极