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浅谈螺旋角偏差对斜齿轮传动平稳性的影响.pdf浅谈螺旋角偏差对斜齿轮传动平稳性的影响.pdf -- 1 元

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EquipmentManufactringTechnologyNo.5,2008收稿日期20080226作者简介彭清东(1972),男,湖南龙山人,工程师,研究方向减速机的优化设计与制造,塔式起重机提升机构与回转机构的设计制造等。浅谈螺旋角偏差对斜齿轮传动平稳性的影响彭清东(长沙广兴机械有限责任公司,湖南长沙410600)摘要通过建立斜齿轮的啮合面图,就螺旋角偏差对斜齿轮传动平稳性的影响进行了分析、讨论,并提出相应的预防措施。关键词啮合面图螺旋角偏差传动平稳性中图分类号TH132.4文献标识码A文章编号1672545X(2008)050032031齿轮传动平稳性的形成及其影响因素在齿轮啮合过程中,由于齿轮的齿形、基节、齿向等制造误差及轮齿受力引起的齿轮变形等,使齿轮的瞬时传动比发生改变,产生周向、径向和轴向的振动,形成噪音、冲击和振动等现象,导致传动不平稳。影响齿轮传动平稳性的误差项目主要有基节误差、齿形误差、齿距偏差等,基节误差、齿形误差、齿距偏差等属于小周期误差,这些小周期误差主要由刀具的制造、安装误差和机床传动链的周期误差引起。2齿轮副的啮合特点齿轮副不同于其他高副的特征依靠多齿交替,循环啮合,实现连续传递运动。因此,齿轮传动除齿轮廓面应满足共轭条件外,还应满足多齿啮合条件。对于斜齿轮传动,其多齿啮合条件为法向基节相等(直齿轮为基节相等)。同多齿啮合相关的另一问题是过渡过程,前一对轮齿退出啮合时,后一对轮齿必须进入啮合,这就是齿与齿的交替过程。齿轮的过渡过程,并不是仅发生在轮齿的某一条接触线处,而是发生在一个过渡区内。过渡区越大,表示齿轮传动的重合度越大,同时参与啮合的轮齿的对数越多,齿轮的承载能力越高,传动更加平稳。齿轮传动的高频噪声主要产生在过渡过程中。减少该过程中的冲击、振动,才能有效降低噪声,实现齿轮的平稳传动。3斜齿轮的啮合特点齿轮在啮合过程中,同时沿着齿向和齿高方向进行,所以齿向和齿高方向接触情况的好坏,都会影响到齿轮工作的平稳和传动比的变化。对于直齿圆柱齿轮来说,由于轮齿与轴线平行,所以在所有与轴线垂直的平面上,其齿廓形状和啮合状态完全一样,因而可以简化为平面(如端面)问题进行研究。但对于斜齿轮,由于其轮齿与轴线成一倾斜角βb(螺旋角),在所有与轴线垂直的平面上,其齿廓形状和啮合状态不完全一样,所以斜齿轮不便简化为平面问题进行研究。下面通过分析斜齿轮的啮合过程和利用斜齿轮的啮合面图进行讨论。3.1斜齿轮的啮合过程分析图1所示为一对斜齿轮的啮合情况,两基圆柱的内公切面既是两轮齿面的发生面,又是传动的啮合面,两斜齿轮的啮合在啮合面上完成。两啮合面的接触线KK与基圆柱母线N1N1或N2N2成一角度βb(即螺旋角),传动时,啮合线KK将在啮合面上移动。其啮合过程是在前端面从动轮齿顶的一点开始接触,然后接触线由短变长,再由长变短,最后在后端面从动轮靠近齿根部分的一点分离。其齿面上的接触线痕迹如图2所示。图1斜齿轮的啮合情况图2斜齿轮啮合齿面接触线痕迹32装备制造技术2008年第5期两斜齿轮正确啮合条件为αn1αn2,Pbn1Pbn2,β1±β2。3.2斜齿轮和直齿轮的啮合面图图3为表示某一对斜齿轮(m4,Z20,β8°,B60)在啮合面上不同位置接触情况的的啮合面图。如其配对齿轮为Z39,则其重合度εα2.32。这说明该对齿轮始终有二对以上的轮齿参与啮合。从图3中可以看出,某一轮齿从B1开始进入啮合啮合到CF时,后一轮齿开始啮合啮合到DM时,前一轮齿退出啮合到B2时,该(对)轮齿退出啮合。所以在区域B1CF和B2DM时,有二对轮齿参与啮合,区域CB1MDB2F中,有三对轮齿参与啮合,同时该区域也是过渡区,在该区域,完成轮齿的交替。图3斜齿轮不同位置的啮合面图4为一直齿轮(m4,Z20,B60)的啮合面图。某一轮齿从B1B2处整个齿宽同时进入啮合啮合到AD时,前一齿退出啮合啮合到CE时,后一齿开始啮合啮合到B1B2时,轮齿整个齿宽同时退出啮合区域ACED为一齿啮合区,区域B1ADB2和CB1B2E为二齿啮合区,也就是过渡区,在该两个区域,完成轮齿的交替。比较图3和图4可以发现,由于存在螺旋角,斜齿轮重合度增加,过渡区面积显著增大,接触情况好,而且同时参与啮合的轮齿数增加,这样在轮齿交替的过渡过程中,就更加平稳。图4直齿轮啮合面图4斜齿轮螺旋角偏差分析两斜齿轮基节不相等时(Pbn1≠Pbn2),其对齿轮传动平稳性的影响的分析同直齿轮一样,许多书籍中均有讨论,本文中不再赘述。下面就螺旋角不相等(β1≠±β2)的情况进行讨论。4.1轮齿啮合传动时产生干涉的临界螺旋角偏差为保证齿轮传动的正常工作及其良好的润滑条件,避免齿轮工作时因温度的变化而使啮合的轮齿之间的侧隙过小,导致两齿轮卡住,啮合的轮齿之间都必须有一定的侧隙。假设齿轮传动时后一对啮合轮齿的主动轮齿非啮合面与前一对啮合轮齿的被动轮齿非啮合面之间的侧隙为jn,则临界螺旋角偏差|Δβ|arctg(Btgβ+jn)/Bβ。式中|Δβ|表示临界螺旋角偏差,β表示螺旋角,B表示齿宽,β表示螺旋角。表1为B与β、jn取不同的值时临界螺旋角偏差|Δβ|。从表中可以看出,侧隙越小,齿宽B越大,临界螺旋角偏差越小,螺旋角β影响相对小一些。表1β、B不同取值时的Δβ4.1.1β1β2,Δββ2,Δβ|Δβ|图9齿轮刚进入啮合时沿啮合面剖切的剖视图图9为某一轮齿刚进入啮合时沿啮合面剖切的剖视图,螺旋角β1>β2。由于β1>β2,两轮齿的啮合线接触长度很短且靠近上端(接触情况见图7)。同时,如图9所示,由于存在螺旋角偏差,在第二、三对轮齿,后一对啮合轮齿的主动轮齿非啮合面与前一对啮合轮齿的被动轮齿非啮合面接触(该接触线随|β1β2|的增大而增加),由于轮齿的刚性,主动轮齿产生向相反方向转动的趋势,但驱动力推动齿轮继续转动,这样就形成了齿廓干涉,使齿轮产生振动与噪声,影响齿轮传动的平稳性。4.1.4β1β2,Δβ<|Δβ|这种情况下的接触情况同4.1.2,同样该情况也将产生轮齿干涉(分析同4.1.3),只是两齿轮的接触靠下端面,而非啮合面的接触靠近上端面。4.1.5Δβ|Δβ|(510)这种情况下,齿轮产生严重的齿廓干涉,齿轮传动噪声迅速增大,更严重的将使轮齿瞬间卡住不动,传动中断,因而破坏了传动平稳性(最严重时甚至将轮齿折断)。5螺旋角偏差的消除方法对于小批量的齿轮或大模数的齿轮,可以采用齿轮副螺旋角的配对加工消除螺旋角偏差对于大批量的齿轮,严格控制产品首检,保证零件的齿向误差控制在公差范围内。6结论通过上述分析,我们可以知道当斜齿轮螺旋角β有偏差时,不仅会对齿轮载荷分布均匀性产生影响,同样会对齿轮传动的平稳性产生明显的影响,对于宽斜齿轮,这一点更为明显。参考文献1叶克明,等.齿轮手册K.北京机械工业出版社,1990.2孙善志,等.机械原理M.北京蓝天出版社,1990.3商向东,等.齿轮加工精度M.北京机械工业出版社,2000.齿合接触线L干涉管BriefDiscussaboutInfluenceofHelixAngleDeviationstoSpiralGearDriveSteadinessPENGQingdong(GuangxingMachinerylimitedliabilityCompanyinChangSha,Hunan410600,China)AbstractBybuildingupthedrawingofsurfaceofaction,analyzeanddiscussinfluenceofhelixangledeviationstospiralgeardrivesteadiness,andproposethepreventionmeasuresaccordingly.KeywordsDrawingofsurfaceofactionHelixangledeviationsDrivesteadiness图7轮齿的接触靠近下端LA1A2粗实线轮齿1接触线细实线轮齿1接触线图8主、被动齿轮提前脱离接触情况下啮合面图B1E退出齿合线二齿嘴合区一齿嘴合区开始齿合点后一齿开始嘴合线前一齿退出嘴合线DB2B2LPbCAPbB1细实线齿轮齿合接触线M34
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