螺旋锥齿轮——准双曲面齿轮.

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1、河南科技大学齿轮制造及装备河南科技大学齿轮制造及装备省工程实验室省工程实验室 魏冰阳魏冰阳2015.05一.绪论 螺旋锥齿轮的发展历史螺旋锥齿轮的发展历史 准双曲面齿轮的概述准双曲面齿轮的概述1. 1. 螺旋锥齿轮的发展历史螺旋锥齿轮的发展历史 1913年格里森公司发明了曲线齿锥齿轮加工机床 ，宣告了螺旋锥齿轮的诞生。1. 1. 螺旋锥齿轮的发展历史螺旋锥齿轮的发展历史 1961年格里森公司的科学家M.L.Baxter发表了一篇介绍轮齿接触分析的论文，宣告了TCA方法的诞生。 1981年格里森公司的科学家M.L.Baxter创立了加载接触分析方法（LTCA）。 1980年代后期，美国的Litv

2、in教授独立于格里森技术，提出了“局部综合法”切齿设计分析技术，可以准确地控制齿面的二阶特性。 2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮概述n 准双曲面齿轮强度高，运动平稳，适用于减速比较大的传动准双曲面齿轮强度高，运动平稳，适用于减速比较大的传动优点：优点：1) 1) ，致使小轮直径显著，致使小轮直径显著增加，因而可以增强小轮的强度和刚性；且同等条件下可增加，因而可以增强小轮的强度和刚性；且同等条件下可以实现比弧齿锥齿轮更大的传动比。以实现比弧齿锥齿轮更大的传动比。图图 2.1 准双曲面齿轮与弧齿锥齿轮对比准双曲面齿轮与弧齿锥齿轮对比 准双曲面齿轮 弧齿锥齿轮 2. 2. 准双曲面齿轮概述准

3、双曲面齿轮概述2) 2) ，所以齿面，所以齿面磨损均匀。热处理后也便于研磨，改善接触区、磨损均匀。热处理后也便于研磨，改善接触区、提高齿面光洁度和降低噪声。提高齿面光洁度和降低噪声。2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮概述3 3）。如。如下偏可以用于降低汽车的重心增加平稳性；也可以用来增下偏可以用于降低汽车的重心增加平稳性；也可以用来增加车身的高度，增加汽车的越野性。加车身的高度，增加汽车的越野性。2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮概述4 4）。2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮概述5 5）。单。单级传动可取级传动可取1010以上。以上。2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮

4、概述2. 2. 准双曲面齿轮概述准双曲面齿轮概述6 6）润滑条件良好，）润滑条件良好，。n 准双曲面齿轮齿轮的传动与其他类型交错轴传准双曲面齿轮齿轮的传动与其他类型交错轴传动相比也有一些缺点：动相比也有一些缺点：1) 1) 计算、设计远比其它齿轮副复杂，按照格里森方法，计算、设计远比其它齿轮副复杂，按照格里森方法，以几何计算为例，基本的公式有以几何计算为例，基本的公式有150150项之多，其中还有项之多，其中还有三次叠代计算（通常叠代三次，有时需要更多次）三次叠代计算（通常叠代三次，有时需要更多次）2)2) 与一般正交弧齿锥齿轮相比，切齿调整计算更加复杂，与一般正交弧齿锥齿轮相比，切齿调整计算

5、更加复杂，接触区配切也比较困难。接触区配切也比较困难。3)3) 润滑条件要求高，需特殊的准双曲面齿轮润滑油。润滑条件要求高，需特殊的准双曲面齿轮润滑油。n 使用中的一些特性：使用中的一些特性：准双曲面齿轮齿面间的纵向滑移远超过圆柱齿准双曲面齿轮齿面间的纵向滑移远超过圆柱齿轮和弧齿锥齿轮，这种滑移对承载能力和齿面轮和弧齿锥齿轮，这种滑移对承载能力和齿面磨损有很大的影响，多数情况下磨损有很大的影响，多数情况下出现机械磨损出现机械磨损，或引起齿面胶合，其次的失效形式为疲劳点蚀或引起齿面胶合，其次的失效形式为疲劳点蚀。为了避免齿面出现胶合或点蚀，为了避免齿面出现胶合或点蚀，齿面需要有足齿面需要有足够的

6、硬度够的硬度，对接触区要有适当的形状、尺寸、对接触区要有适当的形状、尺寸、与位置的要求与位置的要求。齿面润滑需特制的抗磨损润滑油（称为齿面润滑需特制的抗磨损润滑油（称为“准双准双曲面齿轮油曲面齿轮油”）。润滑问题对准双曲面齿轮运）。润滑问题对准双曲面齿轮运转至关重要，它基本上决定了重负荷准双曲面转至关重要，它基本上决定了重负荷准双曲面齿轮副的承载能力。齿轮副的承载能力。在保证上述条件下，尤其是采用特殊的润滑油在保证上述条件下，尤其是采用特殊的润滑油以后，在最大负荷和最大偏置量时，可以认为以后，在最大负荷和最大偏置量时，可以认为准双曲面齿轮承载能力仅受弯曲强度的限制准双曲面齿轮承载能力仅受弯曲强

7、度的限制。 二.准双曲面齿轮的齿坯设计 准双曲面齿轮齿轮的设计基本上可以分两个部准双曲面齿轮齿轮的设计基本上可以分两个部分：分：(1) (1) 节锥设计节锥设计。主要根据极限压力角和曲率半径确定大小。主要根据极限压力角和曲率半径确定大小轮的节锥参数，包括大小轮节锥角、节锥距、偏置角轮的节锥参数，包括大小轮节锥角、节锥距、偏置角等；等；(2) (2) 牙齿几何设计牙齿几何设计。主要根据大轮中点的参数确定大小轮。主要根据大轮中点的参数确定大小轮的齿顶高、工作齿高、齿根角、根锥、面锥等参数。的齿顶高、工作齿高、齿根角、根锥、面锥等参数。1.1.准双曲面齿轮副的节面模型准双曲面齿轮副的节面模型n 空间

8、交错轴传动的相对运动为螺旋运动，其空间交错轴传动的相对运动为螺旋运动，其瞬时运瞬时运动的螺旋轴线动的螺旋轴线绕各齿轮轴线旋转即形成了单叶双曲绕各齿轮轴线旋转即形成了单叶双曲面。面。1.1.准双曲面齿轮副的节面模型准双曲面齿轮副的节面模型PO2O1EK2K1A1A2ZPZGr1r2n两轴线与两轴线与P点的位置决定了传动的性点的位置决定了传动的性质质 轴夹角轴夹角E E偏置距偏置距r r2 2 大轮节园半径大轮节园半径 大轮轴截面上大轮轴截面上 偏置角偏置角 小轮轴截面上小轮轴截面上 偏置角偏置角r r1 1 小轮节园半径小轮节园半径1.1.准双曲面齿轮副的节面模型准双曲面齿轮副的节面模型PO2O

9、1K2K1A1A2ZPZGr1r2H1H2R2R1Z-GK1K2节垂线DH1PH2节平面H1、H2节锥顶点H1P小轮锥距R1H2P大轮锥距R21小轮节锥角2大轮节锥角 偏置角1.1.准双曲面齿轮副的节面模型准双曲面齿轮副的节面模型 节平面为两节锥的共切面 节锥面为单叶双曲面的近似PK2K1A1A2r1r2H1H2R2R1准双曲面齿轮节锥的构成因为准双曲面齿轮的节锥为单叶双曲节面的近似，因此，要求它必须满足：(a)两节锥轴线交错，交叉角等于设计准双曲面齿轮副轴交角，通常=90。(b)两节锥轴线之间的最短距离等于设计准双曲面齿轮副的偏置距E。(c)两节锥相切于准双曲面齿轮副的设计节点P。(d)节点

10、P的相对运动方向指向节锥瞬时螺旋运动轴线方向。PK2K1H1H2R2R1gpnGVpVVG轮齿切线法面2.2.速比与螺旋角速比与螺旋角 21n轮齿的齿线的形成轮齿的齿线的形成2.2.速比与螺旋角速比与螺旋角 n不同的螺旋角可以适应不同的传动比不同的螺旋角可以适应不同的传动比, ,因此对于给定的传因此对于给定的传动比准双曲面齿轮的节锥并不唯一。动比准双曲面齿轮的节锥并不唯一。n设计中一般先给定小轮螺旋角设计中一般先给定小轮螺旋角 1 1。如果螺旋角不满足要。如果螺旋角不满足要求，可通过改变求，可通过改变r r1 1来满足。来满足。2211112121212sincoscoscoscoscosrz

11、zkrtgkrrzz2. 2.速比与螺旋角速比与螺旋角 对于弧齿锥齿轮，对于弧齿锥齿轮， 1 1= = ，k k=1=1 对于准双曲面齿轮，对于准双曲面齿轮， 1 1 2 2，k k11 通常通常k k=1.3=1.31.51.52211112121212sincoscoscoscoscosrzzkrtgkrrzz 3.极限压力角与压力角准双曲面齿轮啮合二类界限点问题：准双曲面齿轮啮合二类界限点问题：n 如果已知齿面上压力角选取得不合适，有可能使分度圆如果已知齿面上压力角选取得不合适，有可能使分度圆锥的切点锥的切点P P成为啮合极限点，即啮合界限线通过成为啮合极限点，即啮合界限线通过P P点。