齿根圆角大小的计算及测量方法.pdf

机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 网址 电邮 hrbengineer 2016 年第 11 期 手动合闸 分闸 手动同步并车 手动负载转移解列 手动 停机 b 中压柴油发电机组的手动起动 手动合闸 分闸 手动同步并车 手动负载转移解列 手动停机 c 中压柴油 发电机组与低压柴油发电机组之间通过母联开关手动同 步并车 相互进行负载转移 3 半自动控制功能 a 低压柴油发电机组的半自动同 步并车 半自动负载转移解列 b 中压柴油发电机组的半 自动同步并车 半自动负载转移解列 c 中压柴油发电机 组与低压柴油发电机组之间通过母联开关半自动同步并 车 相互进行半自动负载转移 4 自动控制功能 a 备用机组自动起动 电网失电 在 网运行机组的功率大于80 90 额定功率 在网运行机 组发生故障需要换机或停机 机组接到人工半自动起动 指令 b 自动调频调载 对已投入电网并联运行的发电 机组自动实现频率及有功负荷分配 使各运行机组负载 按比例分配 一般负载分配差度小于依3 额定功率 频率 调节精度为额定频率依0 25 Hz c 自动负载转移及解列分 闸 在网运行机组平均功率小于30 额定功率 机组有冷 却水高温 滑油压力低等二类故障 有人工半自动解列指 令 且总功率不超过剩余发电机组功率的80 90 d 机 组自动停机 当投入电网运行的机组解列分闸后 则该机 组延时一段时间后就自动停机 e 泵 风机的自动控制 互 为备用泵之间的自动切换 当运行泵压力低或故障时 备 用泵自动起动 当电网失电 恢复供电后 重要的泵 风机 要按一定顺序延时自动起动 5 参数显示 修改及报警显示功能 可以通过触摸屏 进行显示 修改参数 查看报警信息 5结论 以上对整条船的中压及低压配电系统作了介绍 希 望能够给同类型的船舶配电设计提供一点参考 参考文献 1 中国船舶工业总公司 船舶设计实用手册 电气分册 M 北 京 国防工业出版社 1999 2 宋伯生 PLC编程理论 算法及技巧 M 北京 机械工业出版社 2005 3 钢质海船入级规范 2015 S 4 王俊荣 船舶机电基础 M 重庆 重庆大学出版社 1991 5 李润先 中压电网系统接地实用技术 M 北京 中国电力出版 社 2001 编辑 启迪 作者简介 冯木易 1973 男 高级工程师 从事电气设计和研究工 作 收稿日期 2016 05 23 齿根圆角大小的计算及测量方法 孔庆乐 郭应清 汤清 张标 安徽江淮汽车股份有限公司 合肥 230601 摘要 主要论述齿根圆角大小 影响齿轮弯曲强度的要因之一的计算及测量方法 通过论述齿根圆角大小的计算方 法 说明齿根圆角大小对齿轮弯曲强度的影响 同时介绍了在实际零部件质量控制过程中 如何通过测量的方法保证齿根 圆角的大小 从而保证齿轮的弯曲强度 关键词 过渡曲线 齿根圆角 弯曲强度 30 切线 轮廓仪 中图分类号 TH 123 TH 132 41文献标志码 A文章编号 1002 2333 2016 11 0239 03 0引言 齿轮传动系统是变速箱重要组成部件 其失效形式 通常为接触疲劳和弯曲疲劳两种 然而变速器的主要失 效模式就是齿轮弯曲疲劳失效 而影响齿轮弯曲强度的 主要因素为轮齿的齿厚 弯曲力臂以及齿根圆角的大小 故对于齿轮的齿根圆角大小的控制尤为重要 尤其是齿 根圆角大小的计算与实际样件的测量 只有保证实际加 工的齿根圆角大小在设计范围内 才能保证齿轮的弯曲 强度 1概述 在设计过程中 我们所称谓的齿根圆角大小不同于 实际加工中的齿轮齿根的过渡曲线 实际加工中的过渡 曲线是指齿面工作区域齿形的渐开线与齿根的非渐开线 的过渡曲线 过渡曲线有两种 一是双圆弧 采用刀齿顶 部为两个圆角的齿条形刀具 如图1 a 二是单圆弧 采 用刀齿顶部为一个圆角的齿条形刀具 如图1 b b I 图1过渡曲线 I a III II 239 机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 2016 年第 11 期网址 电邮 hrbengineer 图2影响外齿轮齿形系数YF的各参数 基圆 酌c SFn 滓Fcn mn 仔 4 E mn 仔 4 E a 挖根型 b 普通型 图3刀具基本齿廓尺寸 而我们实际设计中所指的齿根圆角大小为齿根过渡 曲线与竖直方向成30毅角的直线相切后切点处的曲率半 径的大小 如图2所示 图2中 hFe为弯曲力臂 SFn为危险截面齿厚 籽F为30毅 切点处曲率半径 设计中所指的齿根圆角大小 两者虽说不同 但是30毅切点为过渡曲线上的点 过 渡曲线加工的好坏直接影响设计所指的齿根圆角大小 对于齿轮的齿根圆角大小的控制尤为重要 只有实际加 工的齿根圆角大小在设计范围内 才能保证齿轮的弯曲 强度 故有必要研究齿根圆角大小的计算与测量 2齿根圆角大小的计算方法 根据GB T 3480 1997与ISO 6336 2006标准 YF主要 决定因素为危险截面齿厚SFn和弯曲力臂hFe 而YS主要决 定因素为危险截面齿厚SFn 弯曲力臂hFe和齿根圆角大 小籽F 30毅切点处曲率半径 如图2 根据标准GB T 3480 1997与ISO 6336 2006 可得出 齿根圆角大小的计算公式如下 籽F 籽fp 2mnG2 cos兹 zncos2兹 2G 1 式中 籽fp为刀具齿顶圆角 籽fp 籽ap0 mn 籽ap0为刀具齿顶圆角 系数 mn为法向模数 兹为辅助角 兹 2G zn tan H 1 2G zn H zn为当量齿数 zn z cos2茁bcos茁 G为辅助值 G 籽fp mn hfp mn x h fp为齿轮齿根高 即基本齿廓齿根高 x为 齿轮法向变位系数 H为辅助值 H 2 zn 仔 2 E mn 仔 3 E为 刀尖圆心至刀齿对称线的距离 E 仔mn 4 hfptan琢n spr cos琢n 1 sin琢n 籽fp cos琢n spr为挖根量 spr pr q q为磨削余量 pr为滚齿后 总的余量 具体参数如图3 3齿根圆角大小的测量 由GB T 3480 1997中关于齿根弯曲强度计算公式可 知 以载荷作用于单对齿啮合区外界点为基础计算齿根 弯曲应力基本值计算公式为 滓F0 Ft bmn YFYSY茁 2 式中 Ft为端面内分度圆上的名义切向力 b为工作齿宽 mn为法向模数 YF为载荷作用于单对齿啮合区外界点时 的齿形系数 YS为载荷作用于单对齿啮合区外界点时的 应力修正系数 Y茁为螺旋角系数 式 2 中齿形系数YF 应力修正系数YS均以过齿廓根 部左右两过渡曲线与30毅切线相切点的截面作为危险截 面进行计算 YF主要决定因素为危险截面齿厚SFn和弯曲力 臂hFe 而YS主要决定因素为危险截面齿厚SFn 弯曲力臂hFe 和齿根圆角大小籽F 对于确定的齿轮 齿厚和齿形均已确定并且可以通 过齿轮检测中心进行检测 即利用克林贝格的P40或温泽 的WGT400检测齿轮的齿形齿向及跨测距 从而控制齿厚 和齿形 保证齿轮的啮合 对于危险截面齿厚SFn 弯曲力 臂hFe和齿根圆角大小籽F的确定完全取决于齿根过渡曲线 的加工质量以及30毅切线切点的位置 故必须对齿根过渡 曲线的加工质量和齿根圆角大小进行测量 齿根过渡曲 简易刻度盘工件 V型块 测杆 导轨 齿面方向g 分析 e a f a b彝d 琢 茁 90毅 夹角边a 导轨f 测杆e 茁 琢 茁 图4测量工件与轮廓仪测杆 e彝g 240 机械工程师 MECHANICAL ENGINEER 网址 电邮 hrbengineer 2016 年第 11 期 图5测量轮齿的位置 被测轮齿 图6齿根过渡曲线半径测量方式 z 交点 依0 4R 切点 0 4R x 表1某齿轮齿根圆角大小实测值 齿轮编号轮齿编号 测量值 依0 4R 依0 36 设计要求值 1 1 1 006 2 1 012 3 0 981 4 1 006 5 1 038 2 1 0 995 2 0 989 3 0 991 4 0 991 5 0 994 2 1 1 037 2 1 019 3 0 998 4 1 007 5 0 995 平均值 滋1 004 标准差 滓0 016 滋 3滓1 053 滋 3滓0 955 R0 9 R0 9 R0 9 线的加工质量一般以齿根过渡区的粗糙度和波纹度来评 价 主要利用特殊的仪器进行测量 具体详见GB Z18620 4或ISO10064 4 齿根圆角大小的测量一般利用Mahr马尔 MarSurf XC2轮廓仪测量规定区域的齿根过渡曲线半径的方法 具体方法如下 1 测量齿轮齿根圆角大小时 齿轮法向齿廓与轮廓仪 测量方向平行 即使被测轮齿齿向与测杆垂直 使测量出来 的齿根圆角为法向齿根圆角 简易刻盘及V型块的放置 夹 角边a与导轨平行 夹角边b与V型块长边平行 如图4所示 2 利用轮廓仪划出齿廓的实际形状 这里应注意测 量时取针尖正面划过的轮廓作为齿根圆角大小测量的轮 廓 即齿轮主动面和从动面需分别进行齿根圆角大小测 量 同时为了使齿轮轮廓可完全测出 轮齿相对铅垂线角 度为60毅 为方便操作 将角度转换成被测轮齿相对测量 台垂直距离L 112 mm 如图5所示 3 划出齿廓的实际形状后 以齿顶建立xz坐标系 这 里以齿顶倒角与轮齿齿顶圆两交点画直线 作为x轴 与x 轴垂直的直线为z轴 然后画一条与z轴夹角为30毅的直 线 利用轮廓仪使得该直线与齿根过渡曲线相切 在切点 的两侧分别选取0 4R的弦长 即沿切点左右偏移0 4R R为 理论齿根圆角大小 以两交点和切点建立该段轮廓中的 回归圆 测量其半径 具体画线取值测量方式如图6所示 举例说明该测量方法的可行性 某齿轮设计要求齿 根圆角大小为R0 9 实际测量值如表1所示 从测量结果来看 在齿根过渡曲线的30毅切点两侧分 别选取0 4R的弦长 即沿切点左右偏移0 4R R为理论齿根 圆角大小 以两交点和切点建立该段轮廓中的回归圆 测 量其半径 标准差仅为0 016 重复性良好 平均值与设计 值相差0 1 测量精度误差满足设计要求 所有测量结果均 满足设计要求R0 9 故该测量方法具有可信性 4结论 齿根圆角大小直接影响应力修正系数YS的大小 从 而影响齿轮的齿根弯曲强度 故对于齿根圆角大小的计 算和测量尤为重要 齿根圆角大小计算的准确性不仅取 决于齿轮参数 更重要的取决于刀具的参数 尤其是刀具 的齿顶圆角大小 根据设计经验 刀具圆角为全圆弧即齿 轮过渡曲线为单圆弧齿轮的强度最好 故在设计计算时 尽量以单圆弧设计齿轮齿根的过渡曲线 此时齿根圆角 最大 齿根圆角的大小可根据论文中的计算公式准确计 算 并利用上述测量方法测量该齿根圆角大小 从而保证 齿轮的齿根弯曲强度 参考文献 1 佚名 机械工业标准汇编 G 北京 中国标准出版社 2005 2 魏岩 阎长 王东炬 滚齿加工齿轮齿根过