[發明專利]基于齒面應力邊棱作用和齒輪歪斜變形的圓柱直齒輪齒向修形方法

有效

• 申請號: 201710412777.2
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107256300B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 張瑞亮;王道勇;王鐵;武志斐
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;武建云

本發明公開一種基于齒面應力邊棱作用和齒輪歪斜變形的圓柱直齒輪齒向修形方法，步驟為：1基于UG建立齒輪三維模型；2分析輪三維模型在某工況下的輪齒彈性變形，齒面應力“邊棱作用”；3基于UG建立齒輪箱整體三維模型；4分析齒輪箱三維模型在某工況下的齒輪箱受力變形；5分析齒輪箱綜合變形導致齒面在不同方向的變形量以及變形特點；6針對“邊棱作用”以及齒輪不同平面內的歪斜變形對齒面應力的影響特點，將各變形進行分類，進而考慮到齒向修形中；7將彈性變形時的“邊棱作用”和齒面在法平面內的歪斜變形考慮在內，推導出齒向修形曲線公式，進行齒向修形。本發明提高了高速重載工況下工作的圓柱直齒輪的修形精度，有效改善了齒面載荷均布情況，提高齒輪的服役壽命。

技術領域

本發明屬于齒輪修形方法，具體為一種基于齒面應力“邊棱作用”和齒輪歪斜變形的圓柱直齒輪齒向修形方法。

背景技術

高速重載工況下的齒輪，齒輪箱各組件會發生受力變形、齒輪彈性變形明顯，這些變形因素對齒輪嚙合影響亦較大，如果變形量過大，就不能夠保證齒輪的傳動質量。另外，由于齒端邊棱部分齒輪剛度低于中間部分，所以兩者的齒面接觸應力分布在齒寬方向上中間位置附近接觸應力偏小，靠近兩端的接觸應力偏大，即所謂的“邊棱作用”。因此有必要將“邊棱作用”考慮在內進行修形。

齒輪箱中不同組件的變形對齒輪嚙合的影響有的是相互疊加的，有的是相互抵消的，而且綜合變形在齒面不同方向的分變形對齒輪影響也不同，不過，不同變形對齒輪傳動的影響最終是體現在嚙合面位置的變化上，所以分析這些變形因素對齒輪嚙合位置的影響，將其所導致的齒面歪斜度考慮到修形中，能取得更好的修形效果。

發明內容

本發明為解決上述背景技術中的不足之處，提供一種基于齒面應力“邊棱作用”和齒輪歪斜變形的圓柱直齒輪齒向修形方法。

為了介紹本發明的內容，對一些概念進行闡述：

一、輪齒彈性變形：輪齒受施加載荷的影響，會使發生一定的彈性變形，稱之為輪齒彈性變形。

二、齒面不同向的平面，分為切平面和法平面，具體如圖1所示；

1)、切平面就是過齒面嚙合線與嚙合齒面相切的平面；

2)、法平面就是齒面嚙合線與嚙合齒面垂直的平面。

三、不同平面內的齒面歪斜度變形，分為切平面內的歪斜變形和法平面內的歪斜變形；

1)、切平面內的歪斜變形是指兩嚙合面的實際嚙合線與理論嚙合線在切平面內發生了一定角度的偏斜，如圖2所示；

2)、法平面內的歪斜變形是指兩嚙合面的實際嚙合線與理論嚙合線在法平面內發生了一定角度的偏斜，如圖3所示。

四、“邊棱作用”：兩齒面嚙合時，在齒寬方向上，齒輪的兩端邊緣區域的剛度由于小于齒寬中間區域的剛度，在載荷作用下，兩端變形大于中間變形。

五、齒向修形方法：按照齒輪承受載荷后產生的綜合變形規律，沿齒寬方向對齒面進行輕微地修整，使其接近理想齒面的修形方式，通常將齒向修形分為：齒端修形、鼓形修形和螺旋角修形，將齒輪的一端或兩端同時在一小段齒寬上將齒厚向端部逐漸修薄的修形方法稱為齒端修形；使輪齒在齒寬中部鼓起，兩邊成對稱形狀布置的修形方法稱為鼓形修形；齒向修形如圖4a和圖4b所示。螺旋角修形是針對斜齒輪修形，直齒輪不考慮。

一種基于齒面應力邊棱作用和齒輪歪斜變形的圓柱直齒輪齒向修形方法，包括如下步驟：

(1)、基于UG建立齒輪三維模型和齒輪箱整體三維模型；

(2)、利用有限元軟件Workbench分析輪齒彈性變形、齒輪箱受力變形，得到齒輪彈性變形量，軸、軸承和箱體軸孔的受力變形量；

(3)、分析齒輪彈性變形時齒面應力“邊棱作用”；