点线啮合齿轮的传动_-1

1、点线啮合齿轮的传动 摘要 点线啮合齿轮传动是一种新型的啮合传动。它运用渐开线齿轮容易制造和分离的优点，并运用圆弧齿轮高强度接触的特征。因此，当承受重量的时它功率大、噪音低、效率高。不仅单点线啮合齿轮（类似于单圆弧齿轮）和双圆弧齿轮（类似于双圆弧齿轮）被生产出来，并在两三年后一个小的点线齿数啮合也被生产出来。在这篇啮合理论文章中，介绍了设计计算、密封图的参数选择、制造业、承载能力测验和在不同情况下的应用实例。点线啮合齿轮可以在共同作中被运用，其中普通渐开线齿轮通过滚齿和铣齿加工。 关键词 点线啮合，齿轮，传动 1 什么是点线啮合齿轮？根据啮合理论，齿轮传动被分为两种类型。I型线啮合齿轮。当他们啮

2、合的时候，接触线是一条线或一条弧线，如渐开线摆线齿轮等。因为它的制造工艺简单，开线齿轮在工业上广泛使用并成为主导，但是主要应用渐开线齿轮是在凸表面啮合上，那里接触应力大、负载能力低。型是点啮合传输，如圆弧齿轮。在五十年代，圆弧齿轮技术是从苏联联盟进口的。圆弧齿轮包含两个基本组成部分：凹轮廓和凸轮廓。接触曲线啮合时是一个点，在加载失真后是表面网格，然后轮廓应力越小其负载能力越大，但是其机械制造工艺比较复杂，它需要专用滚刀，当中心距离有误差存在的时候负载能力将下降。点线啮合齿轮的小齿轮是一种特殊的改性短齿。顶部齿轮是凸轮廓渐开线，它的底部是凹轮廓的过渡曲线。当它们啮合的时候，不仅存在线啮合（接触线

3、是线）还存在点啮合（啮合发生在凹凸轮廓之间）。我们称这种类型的传动为点线啮合齿轮传动。（图1）它是一种新型的齿轮啮合传动。2点线啮合齿轮传动的特点（1） 制造简单点线啮合齿轮是由一个普通渐开线齿轮滚刀在一个工具机上加工出来或者由一个普通的渐开线铣齿在普通的磨床上加工出来（图2）；圆弧齿轮由专用切削滚齿机加工出来。（2） 具有分离性当在制造中存在公差并且传动比和接触线不变时具有分离性，如渐开线齿轮。图1 点线啮合齿轮滚齿工艺 磨齿工艺图2 点线啮合齿轮的加工方法; a:滚齿工艺 b：磨齿工艺（3） 磨合时性能良好 两对齿轮完全啮合的时通过整个高度和长度的过程都很快，因此怠速运转摩擦小。（4） 强

4、度高、寿命长点线啮合齿轮的接触强度是渐开线齿轮的23倍，弯曲强度是渐开线齿轮的1.15倍。在分解它们的时候，渐开线齿轮轮齿的断裂是倾斜的，圆弧形齿轮轮齿的断裂是新月形的，然而点线啮合齿轮则是沿着轮齿的整个长度，如图3所示。（5） 低噪音它的噪音比渐开线齿轮低510分贝。渐开线齿轮的噪音随着负载的增多而变大，但是点线啮合齿轮则相反，它的噪音在没有负载的时候会下降34分贝。（6） 高效率双级减速器的效率可以达到97%，甚至更多，而齿轮副可以超过98%。3点线啮合齿轮的齿面方程当点线啮合齿轮与处理发生规律（滚动或磨齿），其齿廓方程如下：点线啮合齿轮渐开线曲线方程可以表示为；图3 点线啮合齿轮断齿过渡

5、曲线点线啮合齿轮方程如下：4 点线啮合齿轮齿啮合理论当一对点线啮合齿轮啮合的时候，它们的啮合过程分为两个部分：首先两个啮合齿轮的渐开线部分是由线接触端面承载重量；其次渐开线小的齿轮与渐开线大的齿轮通过过渡曲线相接触形成点啮合。（1） 点线啮合齿轮传动适合基本齿廓啮合规律当点线啮合齿轮啮合的时候，它们的啮合线N1N2成为两个基圆的内切线，当它如图四不断变化的时候，最大和最小齿轮从B2点开始啮合，最终啮合点是J（B1)(大齿轮渐开线和过渡曲线的调解点)。所以线啮合发生在B2和J之间，点啮合发生在最终的啮合点，而啮合点沿着轴的平行方向移动。根据齿廓啮合定律所有接触点一般都要通过螺距点P。（2） 连续

6、传动的条件如果小齿轮渐开线齿廓和上述大齿轮点J实现连续传动，需满足如下条件：一般情况下较多应用于直齿和螺旋齿。（3） 正确啮合条件当点线啮合齿轮是螺旋齿的时候必须符合螺旋齿条件：（4） 权重点线啮合齿轮同斜齿圆柱齿轮的权重一样包含两部分：右端面和轴向的权重。图4 点线啮合齿轮啮合状态图（5） 改变位置因素根据无侧裂纹因素决定啮合方程，就像改变齿轮传输位置决定啮合方程一样。（6） 接触点的曲率半径当一对齿轮啮合达到啮合终点J时，小齿轮和大齿轮的曲率半径必须小于大齿轮在点J的曲率半径来扩大凸、凹齿轮的接触面积避免发生干扰，即5 点线啮合齿轮的类型点线啮合齿轮根据轮齿啮合原理能完成三种类型的啮合：（

7、1）单点线啮合齿轮即点线啮合齿轮能完成斜齿、直齿，如图5所示。（2）双点线啮合齿轮过渡曲线的一半是凹齿的齿轮轮廓，其他渐开线部分是凸齿的齿轮轮廓。当齿完全啮合的时候，会形成双角度和螺纹啮合。双点线啮合齿轮也可以完成直齿和斜齿的啮合，如图6所示。（3）少齿数的点线啮合齿轮这种齿轮的齿数最小可以达到2-3个齿，因此其传动比可以达到最大（见图7）。以上三种类型的齿轮能作用于软齿面、中间刚性和刚性齿面的齿轮上。图5 单点线啮合齿轮图6 双点线啮合齿轮图7 少齿数的点线啮合齿轮6 点线啮合齿轮的尺寸计算部分类型的齿轮尺寸计算方法和渐开线齿轮的一样。是标准而=825°分度圆半径：压力角：节圆半径

8、：理论中心距：实际中心距：啮合角：小齿轮顶圆半径：大齿轮顶圆半径：改变这对齿轮的位置，变换系数在学习下。7 点线啮合齿轮的啮合曲线（1） 怎么画点线啮合齿轮啮合曲线？前苏联学者根据渐开线齿轮位置系数变化提出并制定的曲线图被普遍认可，并且该图还确定了渐开线齿轮位置系数变化和其他影响因素之间的关系。该图中渐开线齿轮位置系数的变化不能用于计算点线啮合齿轮。点线啮合齿轮的位置系数变化并不是由几种渐开线齿轮所决定的。它更为复杂而且影响的因素也很多，它不仅和大小齿轮的位置系数变化（）有关，和螺旋角也有很大关系。点线啮合齿轮的曲线图是依据大齿轮的位置系数变化和螺旋角画出的。由于不良的干扰或齿轮厚度太薄承受不

9、住负载等，选择不当会导致齿轮不能够定期运转。该理论是在大量的计算基础上建立的，曲线图与模数和中心距无关，但是主要和Z1、Z2齿轮齿数有关。（2） 曲线图中每条曲线的意义图中横坐标是""，纵坐标是""。从图8中可以看出每条曲线的含义，它们的定义如下：（a）大齿轮最大位置变化系数（小齿轮根切限制曲线）（b） 大齿轮根切的限制曲线（c） 小齿轮齿顶厚度限制曲线 （d）大齿轮顶部和小齿轮底部之间00.1m间隔的限制曲线（e）大齿轮渐开线和过渡曲线交点J的齿厚（f）大齿轮齿顶和啮合线相交的点到节点的距离 大齿轮和啮合线相交的点J到节点的距离 表示在节点处啮合 表示

10、在节点外啮合 表示在节点前后的点啮合 （g）大齿轮过渡曲线和小齿轮齿顶螺旋曲线之间的干扰量（h）大齿轮啮合点J和小齿轮齿顶啮合时的啮合弧长（i） 大齿轮轮齿高度（j）小齿轮轮齿高度（k） 大齿轮和小齿轮啮合时的端面啮合角（l）后端面的权重（m） 部分大齿轮渐开线曲线高度（n） 大齿轮和小齿轮曲线滑移率是相等的（m） 单个齿轮的刚性（o） 合成刚性在曲线图中，齿数变化的同时曲线也在变化。但是它不能够显示出每条曲线，它的几条主要曲线可以从周围的曲线得到。所以参数和根据需要可以从封闭图中选取。图8 点线啮合齿轮封闭图8 设计实例点线啮合齿轮的设计是全部内容，我们可以将全部减速单位的渐开线齿轮变成点线

11、啮合齿轮。现在以ZQ6501高速级减速器来举例说明，它们都会被加工成如表1所示各种型号的点线啮合齿轮。表1 在减速器ZQ650点线啮合齿轮和渐开线齿轮的齿轮参数9 点线啮合齿轮的制造工艺点线啮合齿轮的制造，通常是使用那种在滚齿或磨齿机器上处理渐开线齿轮的滚动工具，它的制造方法和渐开线齿轮的一样。所以用普通的渐开线齿轮可以进行相同的处理。不需要购买或者是订购新的滚刀。（1） 小齿轮的工艺小齿轮通常是一种特殊的短齿渐开线螺旋齿轮，但是有位置的变化，它的工艺方法和渐开线齿轮一样。但是切割深度和渐开线齿轮不一样，它的深度比渐开线齿轮要小，滚齿时必须调整工具。（2） 大齿轮的工艺大齿轮通常是有位置变化的

12、螺旋渐开线齿轮，渐开线曲线的高度是整个尺高的1/3，其余2/3是过渡曲线。它的工艺方法和渐开线齿轮工艺方法一样，但是切削齿的深度和渐开线齿轮的不一样。10 点线啮合齿轮的测试软齿面点线啮合齿轮的测试。软齿面点线啮合齿轮的测试都是在图9所示的开放式试验台上进行的。作为测试用的ZQ350减速器渐开线曲线早已应用于工业生产。表2 测试齿轮参数图9 点线啮合齿轮软齿面开放式实验在中心距和速度比不变的情况下渐开线齿轮可以转变成点线啮合齿轮。所有的参数都在表2中。效率和噪音的测量是通过在点线啮合齿轮箱前面和后面安装两个扭矩和转速传感器完成的，将它们与数据记录仪相连接，在绘制测试图（图10）的时候直接打印数

13、据。点线啮合齿轮减速器的效率可以达到97%，齿轮副可以达到98%以上，噪音的测试需要运用仪器2203（B&K精密 美国）。为了清除周边的噪音，我们用玻璃纤维将电机密封；测试的距离是1米，通过测试9个点然后确定一个平均水平。空载时的噪音曲线如图11，它可以看作转速低于1000转/分钟时噪音为60dB（A）。根据不同的功率，频谱分析仪的噪音图（图12）显示出高速级啮合的频率，也可以说高速级啮合频率的噪音小于65dB（分）。图10 点线啮合齿轮软齿面的效率曲线图11 点线啮合齿轮的噪音曲线图12 点线啮合齿轮频谱图接下来测试的是空载能力。以软齿面点线啮合齿轮齿轮箱为例。由于先要发生疲劳变形，

14、然后是弯曲断裂，因此我们必须测试其接触疲劳强度和后来的弯曲疲劳强度。空载时的数据如表3所示。试验结果表明锈点首先出现在低速级大齿轮上，小齿轮只在齿根处出现锈点。高速级的大齿轮和小齿轮只出现少许的锈点。与渐开线齿轮相比，低速级的扭矩是已知的，K=518.5/177.15=2.93。点线啮合齿轮的负载能力是渐开线齿轮的2.93倍。弯曲破裂出现在低速级大齿轮上，破裂沿着图3所示的整个齿长方向。渐开线齿轮的变形出现在低速级小齿轮上。大齿轮的扭矩是906.9N.m，于是K=1038.25/906.9=1.15。弯曲强度比渐开线齿轮多15%，但是如果参数选择正确的话，还可以更高。表3 软齿面齿轮测试结果齿

15、面刚性的测试 效率和噪音的测试实验是在图13所示开放性实验台上进行的，参数在表4上以列出，测试的结果如图14，输出的数据表明减速器的效率可以达到95.8%；测试的距离还是1米，平均值也是通过9点测试取得的，平均值是67.8dB（A）。表4 齿轮测试参数图13 中间刚性点线啮合齿轮的试验台图14 刚性齿面点线啮合齿轮效率曲线图负载能力的测试是在图15所示开放式试验台进行的，表5给出的是减速器高速轴循环次数达到，而且齿轮不发生变形时的参数，这里的功率是44KW，和渐开线齿轮一样，额定功率是17KW。点线啮合齿轮的承载能力是渐开线齿轮的2.588倍。图15 刚性齿面点线啮合齿轮封闭式试验台表5 齿轮

16、参数对两个测试实验的分析，比较软齿面实验和刚性齿面实验可以看出，两种齿轮的效率都是很高的，噪音比渐开线齿轮低（5-10dB（A），承载能力是渐开线齿轮的两到三倍，也表明了承受负载能力可以达到渐开线齿轮的一到二倍。点线啮合齿轮刚性齿面测试图16 刚性齿面点线啮合齿轮封闭式试验台表6 测试齿轮参数一级二级三级 60,60 60,60实验参数在表6中给出。实验是在图16所示的封闭式试验台进行的，实验结果在表7中给出。实验结果表明刚性齿面点线啮合齿轮加载到64.11KW时仍然不会分开，还可以继续加载。高速轴的弯曲强度是渐开线齿轮的1.56倍，因此K=64.11/41.05=1.56。表7 刚性齿面齿轮

17、测试结果 接触疲劳 弯曲疲劳功率（KW）高速轴循环时间高速轴扭矩（N.m）低速轴扭矩（N.m） P NTd1Td260.78409.451.39760.78631.2噪音的衡量标准当齿轮被加载到483N.m时，噪音可以达到77.25dB（A），如图17所示。当齿轮加载到598N.m时，噪音可以达到75.875dB（A）。减少了噪音约2dB（A），如图18所示。实验表明刚性齿面点线啮合齿轮的噪音随着负载的增加而减少。图17 噪音测量图，T=483N-m图18 噪音测量，T=598N-m11 点线啮合齿轮的有限元计算测试架上的软齿面齿轮有限元的分析计算。低速级齿轮副齿轮参数是A=200，Z1=17

18、，Z2=85，i=5。通过Ansys5.6软件将分析分为两到三个层面。对于这两个层面的有限元的计算，斜齿轮当量齿形的正常弯曲应力的计算方法是根据直齿轮得来的。这是两个三维有限元计算边界条件所限制的零位移，正常齿面的当量齿轮导致了二维有限元的负载，该假设成立的条件是载荷均匀分布在齿顶。为了分网，我们运用了八个选择点、四边形曲线、二维平面和等效的参数装置。这样做会对封闭性边界曲线有一定影响，也会更准确的反应位置和应力的变化。图19就是一个准确计算的例子。对于在二维计算中齿牙处应力值，渐开线齿轮在齿根处应力分布与点线啮合齿轮是相同的，根据正切定律最大的应力是在30度角处，且危害最大。大齿轮处最大应力

19、值是，而允许最小应力是。这表明测试结果和计算结果基本上是相同的，同时得到了大齿轮被破坏的根本原因。最大位移0.05mm，属于正常的轮齿变形范围。沿着基圆和三维齿形的旋转延长来控制齿形端面。根据左手坐标系进行三维有限元计算。在最危险的地方负载的位置是固定的，负载均匀分布在齿顶接触线上。将八个选择点进行分网，需要使用六个机构。由于计算机运算速度和软件能力的约束，三维有限元的分网问题是十分困难的。所以三维模型只能进行齿轮单齿的计算。三维层面的分析依赖于对点线齿轮全齿弯曲应力情况的了解，在理论上证实了测试的结果。通过图20可以看出应力主要集中在齿宽中央部分，这可以说是真正发生破坏的地方。齿宽中间处的疲劳裂纹是很明显的，表明了有限元的计算结果可以反映真正的破坏原因。有限元的计算准确的反映了点线啮合齿轮的实际工作条件，它承载了全齿的长度和来自弯曲方向的负载。图19 二维有限元