螺旋锥齿轮动力学现状与趋势
摘要：随着科技的进步，齿轮传动技术也有了较快的发展。新的设计理念，新的加工方法以及新的测试技术的不断涌现，使齿轮朝着高效、平稳、高速及重载方向发展。螺旋锥齿轮工作平稳、传动比大、传递动力大、结构紧凑，是各种机器和装备中广泛应用的传动装置，是齿轮传动中最为复杂的一种[1]。高速重载螺旋锥齿轮广泛应用于汽车、航空、船舶等众多交通、运输和其他机械行业中。作为这些重要机械装备中的动力与运动传递装置的关键零部件, 螺旋锥齿轮的动态力学特性的好坏严重影响其整机的工作性能。因此, 国内外的齿轮专家与学者也一直关注并努力去解决螺旋锥齿轮的动力学问题。本文在阅读了大量文献的基础上，概述了近年来螺旋锥齿轮设计与啮合理论、动力学特性及研究方法等方面取得的进展，对螺旋锥齿轮动力学研究现状进行了综述，并对今后的研究作了展望。
关键词：齿轮传动；螺旋锥齿轮；齿轮动力学；研究方法
0 引言
螺旋锥齿轮工作平稳、传动比大、传递动力大、结构紧凑，是各种机器和装备中广泛应用的传动装置，而且是齿轮传动中最为复杂的一种。在不同的地区有不同的名字，又叫弧齿伞齿轮、弧齿锥齿轮、螺旋伞锥齿轮、圆弧锥齿轮、螺旋伞齿轮等。其中，包括有偏置距的准双曲面齿轮和无偏置距的弧齿锥齿轮。这种类型的齿轮传动效率高，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，节能省料，节省空间，耐磨损，寿命长，噪音小[2]。在各种机械传动中，以螺旋锥齿轮的传动效率为最高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益；传递同等扭矩时需要的传动件传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；螺旋锥齿轮传动比永久稳定，传动比稳定往往是各类机械设备的传动中对传动性能的基本要求：螺旋锥齿轮工作可靠，寿命长。由于螺旋锥齿轮啮合的复杂性，如轮齿的时变刚度、啮合时的啮入啮出冲击、齿侧间隙、摩擦阻力和制造及安装误差的存在，整个齿轮系统的振动是轴、齿轮、轴承、箱体及原动机等多种振动耦合的综合作用，并且具有一定的非线性特性，使对螺旋锥齿轮系统的动力学研究变得十分复杂[3]。尽管在螺旋锥齿轮的动力学研究领域中取得了一些理论性研究成果, 但在该种齿轮的设计、制造、检测与安装过程中有直接指导与应用价值的综合性研究成果还很少。可以说，不
仅是国内，即使是世界级的齿轮制造商, 也摆脱不了必须依靠生产一线的技术人员和老工人的丰富经验来把握和控制螺旋锥齿轮的制造质量, 因而, 也就无法保证齿轮动态力学性能的稳定性与可靠性。随着现代工业的发展, 对螺旋锥齿轮在高速重载条件下, 具有低振动噪声、高可靠性的要求越来越迫切[4]。
1 螺旋锥齿轮动力学研究概述
1.1 螺旋锥齿轮的特点
1.1.1 齿形的复杂性与加工机床的复杂性
螺旋锥齿轮齿形的特点与渐开线圆柱齿轮不一样,它没有基准面, 它的齿形是依赖加工机床及其设定的参数来保证的, 再加上螺旋锥齿轮加工机床生产商都对其螺旋锥齿轮加工机床的内部构造实行保密, 因此, 对螺旋锥齿轮动态力学特性的研究即使在世界范围内都还很不充分, 其振动噪声问题也就一直成为一个世界性的难题[5]。
1.1.2 齿面形状精度检测的复杂性
许多研究表明, 齿轮的实际齿面形状是影响齿轮动力学性能的重要因素之一。由于螺旋锥齿轮齿面形状的复杂性[6], 尽管在20世纪80年代就已完成了齿面形状测量仪的研制, 但由于齿面形状测量仪非常昂贵, 当时只有大型企业中的研究部门才拥有这种仪器。尽管现在螺旋锥齿轮齿面测量仪渐渐普及, 但如何有效地利用齿面测量数据, 以及它与齿轮动力学性能的关系等方面的研究还不多。
1.1.3 制造过程的复杂性
在螺旋锥齿轮的加工制造过程中, 由于锥齿轮磨床十分昂贵, 一般不采用磨齿工艺。因此, 由于存在加工机床的切齿误差、热处理后的变形以及研齿后的齿面形状的改变等原因, 即使有最初的最佳设计齿面形状, 也难保证制造出合格的产品来。
1.1.4 振动机理的复杂性
影响螺旋锥齿轮动态力学性能好坏的因素非常多, 除外部动载荷激励因素以外, 还有许多来自齿轮本身的非线性的内部激励因素, 如时变的轮齿刚度(接触与弯曲刚度)、实际齿面形状误差、安装误差、节距误差(产生齿面间隙) 和动态传动误差(与动载荷有关,使用齿面加载接触分析(LTCA)可得到该数据)等[7-8]。
1.2 螺旋锥齿轮动态啮合性能的主要研究内容
和其他齿轮传动系统一样，螺旋锥齿轮传动系统的动态特性研究主要包括以下几点：
1)固有特性主要是固有频率和振型[9]。
2)动态响应主要包括轮齿动念啮合力，轮齿的激励在系统中的传递，系统中各零件以及箱体结构的动态响应。
3)动力稳定性齿轮系统与一般振动系统的区别很重要的一点就在于它有动力稳定性问题。通过动力稳定性的分析，确定影响动力稳定性的因素、稳定区以及非稳定区，指导齿轮系统的设计。
4)系统参数对动态特性的影响研究螺旋锥齿轮系统的动态性能，一个很重要的任务就是研究其结构和几何参数等对动态性能的影响[10]。
5)动强度对齿轮传动系统进行动强度分析，目前主要采用有限元方法。
对于螺旋锥齿轮副，主要是分析主动轮和从动轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力的分布及其变化规律。螺旋锥齿轮，由于其特殊的传动性能，我们重点关注以下几个动态啮合性能：一是螺旋锥齿轮的啮合接触冲击特性，如大、小轮转速和转动加速度的变化规律，以及动态啮合时的冲击振动规律；另一方面是动态接触特性和动强度，主要是齿面接触区、齿面接触应力及齿根弯曲应力等的变化规律[11]。
1.3 螺旋锥齿轮的传动特性及其发展方向
螺旋锥齿轮是齿面节线为曲线的锥齿轮(也称螺旋伞齿轮)。螺旋锥齿轮副的大、小轮螺旋角大小相等，而方向相反。在传动过程中，轮齿从一端至另一端连续地啮合接触，同时参与啮合的齿数对也就是重合度要明显大于直齿锥齿轮副，因此可以获得较大的传动比，结构也紧凑。在使用上，与直齿锥齿轮相比螺旋锥齿轮有以下优点：
1)重合度增大，从而减小了冲击，传动更平稳，降低了噪音[12]；
2)同时，重合度的增大也使得负荷比压降低，磨损也较均匀，也就增大了齿轮的承载能力，延长了使用寿命；
3)可以实现较大的传动比，小轮最小齿数为5，结构紧凑；
4)可以调整刀盘半径，利用齿线曲率修J下接触区；
5)可以研磨齿面，以降低噪音、改善接触和提高齿面光洁度[13]。
正是由于螺旋锥齿轮具有众多的优点，因此在航空、汽车和船舶等领域中有着广泛的应用，并朝着高精、高速、重载的方向发展。在螺旋锥齿轮啮合传动中轮齿传递
较大的扭矩，齿面承受了很大的压力，同时齿根受到较大的弯曲载荷。螺旋锥齿轮的主要失效特征，是由于接触应力作用而造成的轮齿表面疲劳和剥落、由于弯曲应力作用而带来的齿轮的变形和折断以及由于齿面摩擦而造成的磨损。
2 螺旋锥齿轮动力学分析研究现状
如前所述，螺旋锥齿轮作为核心传动部件广泛应用于汽车和航空等工业领域，其动态力学特性的好坏严重影响其整机的工作性能[14-17]。
在螺旋锥齿轮动力学研究方面，彭文生等对螺旋锥齿轮的动态特性进行了实验研究。陈良玉等将弧齿锥齿轮看作圆锥盘，利用有限元法进行了行波共振研究，并将齿轮固有频率的计算值与实测值作了比较。此外，陈良玉等还计算了弧齿锥齿轮在高速下的离心应力和变形，认为齿轮变形对齿轮侧隙和项隙的影响不容忽视。晏砺堂、朱梓根、李其汉等对弧齿锥齿轮节径振动进行了研究，经过理论和实验研究得出：高速、重载、轻型弧齿锥齿轮的断块是由齿轮的行波共振引起的，并指出断块的初始裂纹位于轮齿大端齿根处。王文华等通过搭建螺旋锥齿轮传动系统实验平台，对螺旋锥齿轮传动系统进行了实验模态分析。
1981年，KrezerH[18]们提出了螺旋锥齿轮齿面加载接触分析的原理和方法。利用空间曲面的啮合接触原理，通过计算齿面的接触斑点和传动误差来评价其动态性能。接触斑点由于其形状和位罱可以综合反映齿轮制造与安装的质量，在某种程度上，技术人员可以依靠经验定性地判断齿轮振动的大小。另外，传动误差的绝对值大小可以定性地判断齿轮振动激振力的大小，所以，国内外都相继采用和完善了这种解析方法Simon将机床设定参数与理论齿面上的载荷分布和传动误差联系起来进行研究。即改变机床某一设定参数，其理论齿面必然发生改变，其载荷分布和传动误差也随之改变，这样，就可以找出该机床没定参数与齿面载荷分布和传动误差的变化关系，最终可以得到较理想的机床设定参数。该方法的不足在于没有考虑真实齿面的影响。
相关文献中[19-21]的齿面加载接触分析，已经考虑了由齿面测量仪实测出的齿面误差。王延忠等对存在单项假设误差时的误差齿面加载接触分析进行了研究。齿面误差数据的处理方式也有两种途径：一种是用理想的理论齿面去近似误差齿面，然后再进行加载接触分析；另一种是人为地以假想共轭齿面为基准齿面，从而类似渐开线园柱齿轮那样精确地导入实测齿面制造误差和安装误差，基于该方法的LTCA软件已经在H本汽车齿轮公司中得到了应用。
在传动误差理论与实验的比较研究方面，Gosselin等采用含误差的实测齿面，通过比较几对齿轮负载时接触斑点和传动误差的实际测量数据与仿真结果，发现传动误差理论值与实验值吻合很好。用接触斑点和传动误差来判断齿轮振动的大小有两点不
足：①接触斑点的形状与位置无法精确确定，因此，无法定量地判断齿轮振动性能的好坏；②传动误差的绝对值的大小因为没有考虑轮齿啮合周期成分的分量，因此也不能完全准确地判断齿轮振动性能的好坏。
在动态啮合有限元分析方面，目前多见于冲击和非线性振动特性方面的研究，而对于连续动态啮合过程中如齿面接触应力等参数的变化规律分析的相关文献很少。Robert F．Handschuh等对航空螺旋锥齿轮的齿根弯曲应力进行准静态和动态实验研究，得到了齿根弯曲应力的变化规律，并与准静态有限元分析结果进行了对比；郭辉基于显式动力学程序LS—DYNA建立了两种齿轮动态接触计算模型一刚柔组合模型和柔性体模型，得到了随时间变化的轮齿弯曲应力和接触应力的变化规律，并发现使用柔性体模型得到的齿轮啮合状态与实际情况比较吻合；李源等建立了某航空减速器弧齿锥齿轮的三维有限元模型，给出了动态啮合时轮齿的接触应力、齿根弯曲应力及主从动齿轮的转矩、转速和加速度的规律；胡磊对汽车主减速器螺旋锥齿轮进行了有限元接触应力以及齿根弯曲应力的分析，在一个啮合周期内，分析汽车主减速器螺旋锥齿轮从零速带负载启动至低速和正常速度两种工况下的受力情况，得出螺旋锥齿轮在啮合过程中齿轮的接触状态，接触应力、齿根弯曲应力随啮合位置变化的规律。
3 螺旋锥齿轮动力学研究方法
3.1 齿面接触分析方法(TCA方法)
为了评价螺旋锥齿轮的切齿质量和在计算机上模拟机床调整参数的微调情况, 格里森公司于1978 年正式发表了齿面接触分析的原理和方法[22], 利用该方法可以在计算机上模拟齿面接触斑点的形状和位置。我国学者郑昌启、毛世民等也相继完成了TCA 方法的研究工作。TCA 方法主要模拟螺旋锥齿轮的理论齿面在各种安装条件下, 无负荷情况时的齿面接触质量情况。在当时仅靠经验来调整机床设定参数的情况下, 这种计算机模拟方法对设计与制造出高品质的螺旋锥齿轮具有划时代的重要意义。值得一提的是, 我国学者王小椿、吴序堂等提出了三阶接触分析理论,利用该方法不仅可以求出瞬时传动比与加速度,还可以求出高阶加速度。吴序堂等、吴训成等还提出了点啮合共轭齿面失配传动性能预控的概念和准双曲面齿轮的主动设计理论等, 并用其理论解决了在已知齿面1及其上接触迹线和传动要求的条件下,求解与之局部共轭的未知齿面2 的问题。世界著名的齿轮啮合理论专家Litvin 等还提出了可以实现预定的抛物线型传动误差的概念, 用来吸收安装误差与支撑体变形引起的误差, 从而达到有效降低齿轮副的振动和噪声。由于TCA方法仅仅从空间几何学方面来定性分析动力学问题, 并没有考虑到受载情况,严格地说, 这种方法不能算是动力学分析, 它具有很大的局限性, 不
能深入地解决齿轮副的振动和噪声问题。
3.2 加载接触分析方法(LTCA方法)
日本著名齿轮学者久保三等以渐开线圆柱齿轮为研究对象, 首先发表了齿面加载接触分析的研究成果。他们求解了多齿同时接触时, 由实际齿面形状综合误差、轮齿接触和弯曲刚度( 包括轴系的刚度)、瞬时接触线上的载荷分布和静态传动误差等组成的非线性方程组, 可同时求得接触线上的载荷分布、静态传动误差等, 而且各个瞬间的接触线长度与位置就合成为接触斑点。1981年,Krezer发表了螺旋锥齿轮的齿面加载接触分析的原理和方法。该方法利用空间曲面的接触原理, 计算出螺旋锥齿轮齿面的接触斑点与传动误差来评价其动态性能。由于接触斑点的形状与位置可以反映出齿轮制造与安装的综合质量, 因此, 技术人员可依靠自己的经验在某种程度上定性地判断齿轮振动的大小。另外, 传动误差绝对值的大小也可以定性地判断齿轮的振动激振力的大小, 所以, 国内外都相继完善和采用了这种解析方法。Simon把理论齿面上的载荷分布和传动误差与机床设定参数联系起来进行研究, 即分别改变某一机床设定参数, 其理论齿面必然产生改变,因而其压力分布与传动误差也随之改变, 其结果就可以找出该机床的设定参数与齿面压力分布及传动误差的变化关系, 最终可以得出较理想的机床设定参数。该方法的不足是没有考虑到真实齿面的影响。
用接触斑点和传动误差判断齿轮振动大小的方法有两个不足之处:接触斑点的形状与位置是个模糊的概念, 因此, 不能定量地判断齿轮振动性能的好坏;传动误差的绝对值的大小也不能完全准确地判断齿轮振动性能的好坏, 因为它没有考虑到轮齿啮合周期成分的分量。
3.3 解单自由度或多自由度非线性方程组的方法
这种螺旋锥齿轮的动力学性能分析方法, 也是先在渐开线圆柱齿轮的基础上发展起来的, 由Kahraman 等以渐开线圆柱齿轮为对象, 首先提出并求解了一个具有间隙, 且包含传动误差参数激励的振动方程。虽然这个模型仍是常刚度的单自由度模型, 但他们用谐波平衡法求解,发现了跃迁频率、亚谐波共振及混沌现象。杨宏斌等建立了单自由度准双曲面齿轮的振动方程, 这个方程包含着时变啮合刚度、传动误差和间隙, 并用打靶法和连续参数化方法求解,得到了频响曲线。王三民等针对弧齿锥齿轮动态相对传动误差、齿面侧隙和时变啮合刚度等因素的影响, 建立了7 自由度的非线性振动方程。而且获得了不同工况下弧齿锥齿轮系统的扭转、横向及轴向的振动位移和速度, 并发现随着啮合频率的变化, 系统经倍周期分岔进入混沌, 并存在跳跃现象。Cheng
等建立了一个包括时变啮合刚度、传动误差和间隙等具有14 个自由度的方程。他们认为传动误差是振动的主要激振源, 并研究了动态响应, 发现了亚谐波共振及在轻载情况下齿面间隙引起的跳跃现象。解单自由度或多自由度非线性方程组的方法, 采用了较强的数学技巧, 具有较好的理论研究价值。但其方法较多地考虑了支承类( 轴与轴承等) 的刚度, 对齿轮本身的实际齿面误差、时变啮合刚度等考虑得还不够充分。今后如何把其研究成果应用到螺旋锥齿轮的设计与制造过程中去,是该种研究方法的重要任务。
3.4 综合性研究方法
综合性研究方法可以说是LTCA 与解非线性方程组方法的综合, 它是由日本学者久保三等以渐开线圆柱齿轮为研究对象首先提出来的。该种研究方法首先进行齿面接触分析,考虑了实际齿面误差、时变啮合刚度( 包括弯曲与接触刚度) 等, 精密计算出静传动误差; 其次, 建立了包括传动误差、综合齿面误差和时变啮合刚度的周向振动模型的非线性方程组, 求解该方程组, 并把这些振动影响因素引起的一个轮齿啮合周期的整数倍的交变力定义为齿轮振动激振力, 进而用它来判断齿轮振动的大小, 由于这种方法较周密地考虑了一些非线性的影响因素, 如静传动误差、综合齿面误差和时变啮合刚度等, 在实际应用中也较好地预测了齿轮振动的大小。文献把综合性研究方法应用到准双曲面齿轮中,较好地仿真了汽车后桥准双曲面齿轮在异常磨损过程中齿轮振动激振力的变化情况。
综合性研究方法有以下几个优点:由于可把中间仿真结果接触斑点的仿真结果与其实测结果相比较, 从而可较精密地控制最终振动激振力的仿真结果精度;容易收敛;振动激振力的指标值易于应用到工程实践中去;在设计、制造阶段通过测量仪来预控齿面形状, 达到设计制造出低振动齿轮的目的。不足之处有四点:没有考虑到基节误差( 间隙);每个轮齿的齿面形状都一样;没有考虑到动态传动误差;螺旋锥齿轮的弯曲、接触刚度系数( 或称柔度系数) 需进一步精密化。
3.5 其他研究方法
除了在振动机制方面进行研究外, 还有学者从宏观齿形方面进行了研究。在曲齿锥齿轮齿形设计方面, 梁桂明等提出了非零变位的思想。它突破了传统设计选取变位系数时只能进行高度变位的限制, 使设计可按照一定的啮合性能优选变位系数。他们认为, 选用负变位设计, 可以增加轮齿的柔性和重合度, 达到降低齿轮振动和减小其噪声的目的。马伟等研究了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的加载接触过程, 对二
者在载荷作用下的齿面载荷分布、齿面加载接触斑点和承载传动误差进行了分析比较, 计算了齿根弯曲应力, 在试验台上测定了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的噪声和振动量, 测试结果表明, 高齿弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理, 弯曲应力较小, 具有较低的噪声和较好的动态特性。在航空高速锥齿轮的振动破坏研究方面, 力宁等、吴长波等认为航空锥齿轮的成块断裂破坏是由于行波共振引起的, 因此, 准确计算或用实验得到锥齿轮的共振转速及动频, 以便在设计、使用中避开共振转速, 是防止该类故障发生的关键。
4 螺旋锥齿轮动力学研究的关键技术
尽管研究螺旋锥齿轮动力学的方法有多种多样, 但当前研究螺旋锥齿轮动力学都必须要解决以下几个关键技术问题[23]。
4.1 数字化实际齿轮模型
由于齿轮的实际齿面形状对齿轮的动力学性能影响很大, 因此, 在研究螺旋锥齿轮动力学问题时, 以理论齿面模型为研究对象已经不能满足实际工程的需要, 要求建立实际齿轮模型, 即把三坐标测量仪或专用螺旋锥齿轮测量仪测得的误差( 一般为点阵误差或扫描式线误差) 用内插或外插的方法扩展为实际齿面, 并考虑到实测基节误差, 构建成一个数字化实际齿轮。同时,把安装误差( 一般为V 、H 值) 也转化为齿面误差,考虑到数字化实际齿轮中。这样, 就可以建立起实际齿面啮合的齿轮动力学仿真模型。
4.2 刚度系数
齿轮的接触与弯曲刚度是影响齿轮动力学特性的一个重要因素, 因此, 要建立二维函数( 时变与位置) 的轮齿刚度系数公式。轮齿的刚度系数不仅具有时变的概念( 随理论接触线的位置的变化而变化) , 而且在某一理论接触线上, 实际接触区域位置的不同也会引起刚度系数的变化。日本学者梅沢清彦等完成了渐开线圆柱齿轮的弯曲与接触的刚度计算公式, Kubo 等也发表了螺旋锥齿轮的刚度系数的拟合公式，但由于螺旋锥齿轮齿形的复杂性, 笔者认为需要作进一步的研究。
4.3 振动模型
一般而论, 齿轮振动模型中考虑的因素越多,其解析结果的精度也就越高, 但另一方面, 考虑的因素越多, 就越不容易得到稳定收敛的解。因此,应从抓主要影响因素与基本振动模型着手, 建立综合考虑动态传动误差、齿轮的时变刚度( 接触与弯曲) 、具有误差的实际齿轮齿面( 包括安装误差、轴系变形等) 和基节误差( 含间隙) 的周向振动系统模型。把该基本振动模型研究透彻后, 再考虑横向及纵向振动问题的研究, 最后考虑齿轮传动转子轴承系统动力学问题的研究。这是今后一个阶段比较切实可行、易于取得突破性进展的齿轮动力学研究方向与策略。
5结论
上述的国内外研究现状表明[24]，对螺旋锥齿轮的研究日前主要集中在啮合理论和强度特性分析方面，接触分析的理论和技术手段主要是赫兹理论、齿轮接触分析(TCA)、齿轮加载接触分析(LTCA)、以及有限元线性规划法等。这些方法主要的不足在于均是将非线性问题线性化，理论推导过于复杂。具体到螺旋锥齿轮动态啮合性能的有限元分析研究方面，主要是有限元模型过于简化而不能体现真实连续传动时的动力学特性，另外相关研究尚少，特别是工况条件及轴变形等因素对其动态啮合性能的影响分析尚未见有文献，故螺旋锥齿轮的动力学性能还需做进一步探讨和研究。
由于螺旋锥齿轮的齿面形状、加工过程以及齿面测量非常复杂, 而且影响其动力学性能的因素也较多, 因此, 在研究螺旋锥齿轮的动力学性能时, 应该考虑到以下两个基本原则问题:
(1)振动模型要由简到繁
在振动模型中, 考虑的因素越多, 自由度就越多, 方程就越复杂, 其解也就越难或不收敛。如何建立一个由几个主要影响因素组成的, 且易得到稳定收敛解的基本振动模型, 是我们研究螺旋锥齿轮动力学性能的基本出发点。
(2)仿真结果要简单明了
提出一个能判断出齿轮振动大小的指标值, 以便有效地指导与解决在螺旋锥齿轮生产实践中所遇到的实际问题,这是我们研究螺旋锥齿轮动力学的归宿点。研究螺旋锥齿轮动力学的最终目的, 是应把动力学的理论研究成果集成为齿轮的动力学仿真系统。该仿真系统既要具备预测齿轮振动噪声的大小、预测动态应力的大小( 齿根弯曲应力与齿面接触应力) 及齿面瞬时温升的功能, 又要具备对齿轮机床加工误差进行预测与补偿、对热处理变形规律进行仿真与补偿的功能。只有做到这一步,我们才能真正做到预测与控制齿轮动力学的性能, 设计与制造出低振动噪声的螺旋锥齿轮。
参考文献:
[1] 曾韬. 螺旋锥齿轮设计与加工. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1989
[2] 董学朱. 摆线齿锥齿轮及准双曲面齿轮设计和制造. 北京: 机械工业出版社, 2003
[3] 郑昌启. 弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的齿面分析计算原理. 机械工程学报, 1981
[4] 毛世民, 吴序堂. 任意指定接触基准点的切齿理论. 西安交通大学学报, 1985,19(5)
[5] 王小椿. 点啮合曲面的三阶接触分析. 西安交通大学学报, 1983
[6] 杨宏斌, 高建平, 方宗德, 等. 准双曲面齿轮非线性振动分析. 汽车工程, 2000
[7] 王三民, 沈允文, 董海军. 含间隙和时变啮合刚度的弧齿锥齿轮传动系统非线性振动特性研究. 机械工程学报, 2003
[8] Cheng Y, Lim T C. Dynamics o f H ypoid Gear Transmission With Nonlinear Time - Var ying Mesh Char act er istics. T rans. ASME Journal o f Mechanical Desig n, 2003
[7] 李明, 孙涛, 胡海岩. 齿轮传动转子轴承系统动力学的研究进展. 振动工程学报, 2002
[8] 李润方, 王建军. 齿轮系统动力学 动、冲击、噪声. 北京: 科学出版社, 1997
[9] 杨宏斌, 邓效忠, 高建平, 等. 齿轮非线性振动研究综述. 中国机械工程, 1999
[10] 林腾蛟, 李润方, 郭晓东, 等. 准双曲面齿轮三维间隙非线性冲击特性分析. 中国机械工程, 2003, 14
[11] 梁桂明, 邓效忠, 何兆旗. 新型非零传动曲齿锥齿轮技术. 中国机械工程, 1997
[12] 马伟, 邓效忠, 曹雪梅, 等. 高齿弧齿锥齿轮的承载啮合仿真和动态性能试验. 中国机械工程, 2004,
[15] 力宁, 陈亚农. 某高速锥齿轮行波共振试验研究.中国航空学会第十一届发动机结构强度振动学术讨论会, 威海, 2002
[16] 吴长波, 欧阳德, 邢德顺. 某中央传动系统锥齿轮振动特性分析. 中国航空学会第九届航空发动机结构强度振动学术会议论文集, 武夷山, 1998
[17] 汪中厚, 周晓玲. 汽车后桥锥齿轮制造质量控制与动态性能预报. 驱动桥与锥齿轮传动发展研讨会(第二届) , 南京, 2005
[18] 方宗德，蒋孝煌．齿轮轮齿受载变形的激光散斑测量及计算．齿轮 1984
[19] 干歇成，邵敏．有限单元法基本原理和数值方法(第二版)．北京：清华大学出版社．
[20] 李润方，陈大良．斜齿轮三维有摩擦接触应力分析及前后处理方法．齿轮，1990
[21] 杜平安，梁锡昌．齿轮传动的现代设计方法．．机械，1994
[22] 李润方，龚剑霞．接触问题数值方法及其在机械设计中的应用．重庆：重庆大学出版社，1991．
[23] 何乃翔．在载荷作用下螺旋锥齿轮及螺旋锥齿轮轮齿接触分析．齿轮，1986
[24] 郑昌启，黄昌华，吕传贵．螺旋锥齿轮加载接触分析计算原理．机械工程学报，1993
第23卷 第7期 Vol .23No .7 重庆工学院学报(自然科学) Journal of Chongqing I nstitute of Technol ogy (Natural Science ) 2009年7月Jul .2009 3 收稿日期:2009-03-20 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2007AA042005). 作者简介:卢明文(1982—),男,福建人,硕士研究生,主要从事锥齿轮设计与传动技术研究. 汽车后桥主传动锥齿轮滚切修正切齿调整计算方法 3 卢明文,翟庆富 (重庆理工大学重庆汽车学院,重庆 400050) 摘 要:运用齿轮啮合原理,以矢量和矩阵为工具,研究了采用滚切修正法加工汽车后桥主传动螺旋锥齿轮的切齿参数调整计算方法,用VC ++编制了切齿调整计算程序进行仿真分析,并进行了实例计算.结果表明,采用该计算方法得到的切齿调整参数可以使螺旋锥齿轮副获得良好的接触区形态.关 键 词:锥齿轮;滚切修正;调整计算 中图分类号:T H132;U461 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(2009)07-0018-04 Gear 2Cutti n g Adjusti n g Ca lcul a ti on M ethod for the Rolli n g M od i f i ca ti on of M a i n Tran s m issi on Bevel Gear of Autom oti ve Rear Axle LU W en 2m ing,ZHA IQ ing 2fu (Chongqing College of Aut omatic,Chongqing University of Technol ogy,Chongqing 400050,China ) Abstract:U sing the meshing p rinci p le of gear wheel and taking vect or and matrix as t ools,an adjusting calculati on method f or cutting para meters of s p iral gear during the p r ocessing of main trans m issi on bevel gear with r olling modificati on method is researched .An adjusting calculati on p r ogra m has been devel oped using M icr os oft VC ++.A calculati on experi m ent is done using the p r ogra m.It shows that a good contact z one has been obtained using the cutting para meters calculated by the method . Key words:bevel gear;r olling modificati on;adjusting calculati on 随着我国汽车工业的发展,对准曲面齿轮的加工提出了更高的要求.此类齿轮齿面是自由的空间曲面,要获得比较好的接触性能,需要精确地计算切齿调整参数.这类齿轮主要运用于汽车后桥主传动中,在准双曲面齿轮调整计算中,一般是根据大轮来配置小轮,因此影响接触区的因素主要是小轮的切齿调整计算.目前,我国大多数后桥齿轮生产企业都采用刀倾法加工小轮,而使用刀倾法加工的机床,需要采用带刀倾机构或者是全 数控铣齿机,这类机床价格比较昂贵.而采用变性法加工对机床的结构要求相对较低,国产的YK2250,YK2280及半数控的YK2250,YK2280均 能满足要求,并且此类机床的成本相对较低.如果小轮采用变性法加工能使齿轮副获得比较好的接触性能,对我国的后桥齿轮生产企业有重要的意义.本文中运用等距曲面共轭原理,研究了小轮变性法的切齿调整计算方法,并通过VC ++编程计算了有较好接触区的调整卡.
圆锥齿轮的画法 单个圆锥齿轮结构画法 ［文本］ 圆锥齿轮通常用于交角90°的两轴之间的传动，其各部分结构如图所示。齿顶圆所在的锥面称为顶锥面、大端端面所在的锥面称为背锥，小端端面所在的锥面称为前锥，分度圆所在的锥面称为分度圆锥，该锥顶角的半角称为分锥角，用δ表示。 圆锥齿轮的轮齿是在圆锥面上加工出来的，在齿的长度方向上模数、齿数、齿厚均不相同，大端尺寸最大，其它部分向锥顶方向缩
小。为了计算、制造方便，规定以大端的模数为准计算圆锥齿轮各部分的尺寸，计算公式见下表。 其实与圆柱齿轮区别也不大，只是圆锥齿轮的计算参数都是打 断的参数，齿根高是 1.2 倍的模数，比同模数的标准圆柱齿轮的齿顶 高要小，另外尺高的方向垂直于分度圆圆锥的母线，不是州县的平行 方向。 单个圆锥齿轮的画法规则同标准圆柱齿轮一样，在投影为非圆 的视图中常用剖视图表示，轮齿按不剖处理，用粗实线画出齿顶线、 齿根线，用点画线画出分度线。在投影为非圆的视图中，只用粗实线 画出大端和小端的齿顶圆，用点画线画出大端的分度圆，齿根圆不画。 ［文本］ 注意：圆锥齿轮计算的模数为大端的模数，所有计算的数据都是大端的参数，根据大端的分度圆直径，分锥角画出分度线细点画线，
量出齿顶高、齿根高，即可画出齿顶和齿根线，根据齿宽，画出齿形 部分，其余部分根据需要进行设计。 单个齿轮的画法同圆柱齿轮的规定完全相同。应当根据分锥 角，画出分度圆锥的分度线，根据分度圆半径量出大端的位置，根据 齿顶高、齿根高找出大端齿顶和齿根的位置，向分度锥顶连线，就是 顶锥（齿顶圆锥）和根锥（齿根圆锥），根据齿宽量出分度圆上小端 的位置，做分度圆线的垂直线，其他的次要结构根据需要设计即可。 啮合画法 [ 文本 ] 锥齿轮的啮合画法同圆柱齿轮相同，如图所示。
锥齿轮减速器——开式齿轮机械课程设计 说明书 设计题目:单级锥齿轮减速器 专业班级:09热能与动力工程 林学生姓名:赵仲 学生学号:2 0 0 9 0 8 7 9 指导教师:雒晓兵 2011-6-30 兰州交通大学博文学院 (1)引言…………………………………………………………………………………… (2)设计题目……………………………………………………………………………… (3)电动机的选择………………………………………………………………………… (4)传动零件的设计和计算…………………………………………………………… (5)减速箱结构的设计………………………………………………………………… (6)轴的计算与校核………………………………………………………………………
(7)键连接的选择和计算……………………………………………………………… (8)联轴器的选择……………………………………………………………………… (9)设计小结…………………………………………………………………………… (10)参考文献…………………………………………………………………………… 2 一、引言 课程设计是考察学生全面在掌握基本理论知识的主要环节。本次是设计一个锥齿 轮减速器，减速器是用于电动机和工作机之间的独立的闭式传动装置。课程设计 内容包括:设计题目，电机选择，运动学动力学计算，传动零件的设计及计算， 减速器结构设计，轴的设计计算与校核。 锥齿轮减速器的计算机辅助机械设计，计算机辅助设计及计算机辅助制造 (CAM/CAD)技术是当今设计以及制造领域广泛采用的先进技术，通过本课题的研究，将进一步深入的对这一技术进行深入的了解和学习。 3 重要数据: 设计题目:锥齿轮减速器——开式齿轮 1. 传动方案 编号:b
货车汽车后桥差速器的设计计算说明书
第一章驱动桥结构方案分析 由于要求设计的是货车的后驱动桥，一般选用非断开式结构以与非独立悬架相适应，该种形式的驱动桥的桥壳是一根支撑在左右驱动车轮的刚性空心梁，一般是铸造或钢板冲压而成，主减速器，差速器和半轴等所有传动件都装在其中，此时驱动桥，驱动车轮都属于簧下质量。 驱动桥的结构形式有多种，基本形式有三种如下： 1)中央单级减速驱动桥。此是驱动桥结构中最为简单的一种，是驱动桥的基本形式，在载重汽车中占主导地位。一般在主传动比小于6的情况下，应尽量采用中央单级减速驱动桥。目前的中央单级减速器趋于采用双曲线螺旋伞齿轮，主动小齿轮采用骑马式支承，有差速锁装置供选用。 2)中央双级驱动桥。在国内目前的市场上，中央双级驱动桥主要有2种类型：一类如伊顿系列产品，事先就在单级减速器中预留好空间，当要求增大牵引力与速比时，可装入圆柱行星齿轮减速机构，将原中央单级改成中央双级驱动桥，这种改制“三化”（即系列化，通用化，标准化）程度高，桥壳、主减速器等均可通用，锥齿轮直径不变；另一类如洛克威尔系列产品，当要增大牵引力与速比时，需要改制第一级伞齿轮后，再装入第二级圆柱直齿轮或斜齿轮，变成要求的中央双级驱动桥，这时桥壳可通用，主减速器不通用，锥齿轮有2个规格。 由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，作为系列产品而派生出来的一种型号，它们很难变型为前驱动桥，使用受到一定限制；因此，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。 3)中央单级、轮边减速驱动桥。轮边减速驱动桥较为广泛地用于油田、建筑工地、矿山等非公路车与军用车上。当前轮边减速桥可分为2类：一类为圆锥行星齿轮式轮边减速桥；另一类为圆柱行星齿轮式轮边减速驱动桥。 ①圆锥行星齿轮式轮边减速桥。由圆锥行星齿轮式传动构成的轮边减速器，轮边减速比为固定值2，它一般均与中央单级桥组成为一系列。在该系列中，中央单级桥仍具有独立性，可单独使用，需要增大桥的输出转矩，使牵引力增大或速比增大时，可不改变中央主减速器而在两轴端加上圆锥行星齿轮式减速器即可变成双级桥。这类桥与中央双级减速桥的区别在于：降低半轴传递的转矩，把增大的转矩直接增加到两轴端的轮边
圆锥齿轮的画法 机械设计2009-09-27 09:55:12 阅读1120 评论2 字号：大中小订阅 圆锥齿轮 单个圆锥齿轮结构画法 [文本] 圆锥齿轮通常用于交角90°的两轴之间的传动，其各部分结构如图所示。齿顶圆所在的锥面称为顶锥面、大端端面所在的锥面称为背锥，小端端面所在的锥面称为前锥，分度圆所在的锥面称为分度圆锥，该锥顶角的半角称为分锥角，用δ表示。 圆锥齿轮的轮齿是在圆锥面上加工出来的，在齿的长度方向上模数、齿数、齿厚均不相同，大端尺寸最
大，其它部分向锥顶方向缩小。为了计算、制造方便，规定以大端的模数为准计算圆锥齿轮各部分的尺寸，计算公式见下表。 其实与圆柱齿轮区别也不大，只是圆锥齿轮的计算参数都是打断的参数，齿根高是1.2倍的模数，比同模数的标准圆柱齿轮的齿顶高要小，另外尺高的方向垂直于分度圆圆锥的母线，不是州县的平行方向。 单个圆锥齿轮的画法规则同标准圆柱齿轮一样，在投影为非圆的视图中常用剖视图表示，轮齿按不剖处理，用粗实线画出齿顶线、齿根线，用点画线画出分度线。在投影为非圆的视图中，只用粗实线画出大端和小端的齿顶圆，用点画线画出大端的分度圆，齿根圆不画。 [文本] 注意：圆锥齿轮计算的模数为大端的模数，所有计算的数据都是大
端的参数，根据大端的分度圆直径，分锥角画出分度线细点画线，量出齿顶高、齿根高，即可画出齿顶和齿根线，根据齿宽，画出齿形部分，其余部分根据需要进行设计。 单个齿轮的画法同圆柱齿轮的规定完全相同。应当根据分锥角，画出分度圆锥的分度线，根据分度圆半径量出大端的位置，根据齿顶高、齿根高找出大端齿顶和齿根的位置，向分度锥顶连线，就是顶锥（齿顶圆锥）和根锥（齿根圆锥），根据齿宽量出分度圆上小端的位置，做分度圆线的垂直线，其他的次要结构根据需要设计即可。 啮合画法 [文本]
弧齿锥齿轮几何参数设计分解
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期: ?
第14章 弧齿锥齿轮的轮坯设计 1４.１ 弧齿锥齿轮的基本概念 14．1．1 锥齿轮的节锥 对于相交轴之间的齿轮传动，一般采用锥齿轮。锥齿轮有直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮。弧齿锥齿轮副的形式如图14-1所示,与直齿锥齿轮相比,轮齿倾斜呈弧线形。但弧齿锥齿轮的节锥同直齿锥齿轮的节锥一样,相当于一对相切圆锥面作纯滚动,它是齿轮副相对运动的瞬时轴线绕齿轮轴线旋转形成的（图1４-2）。两个相切圆锥的公切面成为齿轮副的节平面。齿轮轴线与节平面的夹角，即节锥的半锥角称为锥齿轮的节锥角δ１或δ2。两齿轮轴线之间的夹角称为锥齿轮副的轴交角∑。节锥任意一点到节锥顶点O 的距离称为该点的锥距Ｒi ,节点P 的锥距为R 。因锥齿轮副两个节锥的顶点重合，则 21δδ+=∑ 大小轮的齿数之比称为锥齿轮的传动比 1 2 12z z i = （１4-1) 小轮和大轮的节点半径ｒ１、r 2分别为 11sin δR r = 22sin δR r = (14-2） 它们与锥齿轮的齿数成正比,即 1 2 1212sin sin z z r r ==δδ (14－３) 传动比与轴交角已知，则节锥可惟一的确定,大、小轮节锥角计算公式为 ∑ +∑ = cos 1sin 12122i i tg δ 21δδ-∑= （１4-４) 当0 90 =∑时,即正交锥齿轮 副,122i tg =δ 14.１.２弧齿锥齿轮的旋向与螺旋角 图14-2 锥齿轮的 (a) 左旋 图14-1 弧齿锥
4.1锥齿轮的建模分析 与直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮相比，直齿圆锥齿轮相对更复杂，设计时使用的 参数和关系式更丰富，但是其基本设计思路和过程同直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮具有很大的相似性。 锥齿轮建模分析（如图4-1所示）： （1）输入关系式、绘制创建锥齿轮所需的基本曲线 （2）创建渐开线 （3）创建齿根圆锥 （4）创建第一个轮齿 （5）阵列轮齿 图4-1锥齿轮建模分析 4.2直齿锥齿轮的建模过程 4.2.1 新建零件文件 （1）在上工具箱中单击按钮，打开【新建】对话框，在【类型】列表中选择
【零件】选项，在【子类型】列表框中选择【实体】选项，在【名称】文本框中输入”conic_gear”。 （2）取消选中【使用缺省模块】复选项，单击按钮，打开【新文件选项】对话框‘选中其中的【mmns_paet_solid】选项，如图4-2所示，最后单击按 钮。 4.2.2设置齿轮参数和关系式 （1）在主菜单中依次选择【工具】、【参数】选项，系统将自动弹出【参数】对话框，如图4-3所示。 图4-3【参数】对话框 （2）在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加列表框中，具体 内容如图4-4所示。完成齿轮参数添加后，单击按钮后关闭对话框。 提示；在设计标准齿轮时，只需确定齿轮的模数M和齿数Z这两个参数，而分度圆上的压力角ALPHA为标准值20，齿顶高系数HAX和顶隙系数在CX国家标准中明确规定，分别为1和0.25而齿根圆直径DF、基圆直径DB 、分度圆直径D以及齿顶圆直径DA可以根据确定的关系式自动计算。
“参数”对话框（a）和（b） 注意：（a）和(b) 为同一【参数】对话框，在添加参数时要一次性添加完 毕。 （3）打开【关系】对话框。按照如图4-5所示添加直齿圆锥齿轮的关系式，通过这些关系，根据已知参数确定未知参数的数值。
机械设计课程设计 计算说明书 设计题目:圆锥-圆柱齿轮减速器 前言 机械设计综合课程是针对机械设计系列课程的要求，由原机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践性课程；是继机械原理和机械设计课程后，理论与实践紧密结合，培养工科学生设计能力的课程。 课程内容主要涉及机械设计、机械原理、机械制图、机械制造基础、材料学、力学等基础知识。针对机械工程中常用传动装置和执行机构的分析选型，零部件运动学、动力学和结构的分析计算和设计，绘制机械系统图、部件装配图和零件图，编写计算说明书，最终完成设计任务。 设计的目的主要体现在：（1）培养综合运用所学的理论知识与实践技能，树立正确的设计思想，掌握机械设计的一般方法和规律，提高机械设计能力；（2）通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、设计计算、分析设计结果及绘制图样，在机械设计基本技能的运用上得到训练；（3）在巩固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机械设计工程的内涵，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。 目录 一、设计任务书———————————————————————1 二、传动系统方案的分析————————————————————1 三、电动机的选择与传动装置运动和动力参数的计算————————1 四、传动零件的设计计算———————————————————4
五、轴的计算 ————————————————————————14 六、轴承的校核 ———————————————————————28 七、键连接的选择及校核计算 —————————————————30 八、联轴器的选择 ——————————————————————32 九、润滑与密封 ———————————————————————32 十、减速器附件的选择 ————————————————————33 十一、设计小结 ———————————————————————33 十、参考文献 ————————————————————————33 设计计算及说明 结果 一、设计任务书 1.1传动方案示意图 图一、传动方案简图 1.2原始数据 传送带拉力F(N) 传送带速度V(m/s) 卷筒直径D （mm ） 2400 1.5 260 1.3工作条件 2班制工作，空载启动，单向、连续运转，工作中有轻微振动，运输带速度允许速度误差为%5 。
第14章 弧齿锥齿轮的轮坯设计 14.1 弧齿锥齿轮的基本概念 14.1.1 锥齿轮的节锥 对于相交轴之间的齿轮传动，一般采用锥齿轮。锥齿轮有直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮。弧齿锥齿轮副的形式如图14-1所示，与直齿锥齿轮相比，轮齿倾斜呈弧线形。但弧齿锥齿轮的节锥同直齿锥齿轮的节锥一样，相当于一对相切圆锥面作纯滚动，它是齿轮副相对运动的瞬时轴线绕齿轮轴线旋转形成的（图14-2）。两个相切圆锥的公切面成为齿轮副的节平面。齿轮轴线与节平面的夹角，即节锥的半锥角称为锥齿轮的节锥角δ1或δ2。两齿轮轴线之间的夹角称为锥齿轮副的轴交角∑。节锥任意一点到节锥顶点O 的距离称为该点的锥距R i ，节点P 的锥距为R 。因锥齿轮副两个节锥的顶点重合，则 21δδ+=∑ 大小轮的齿数之比称为锥齿轮的传动比 1 2 12z z i = (14-1) 小轮和大轮的节点半径r 1、r 2分别为 11sin δR r = 22sin δR r = (14-2) 它们与锥齿轮的齿数成正比，即 1 2 1212sin sin z z r r ==δδ (14-3) 传动比与轴交角已知，则节锥可惟一的确定，大、小轮节锥角计算公式为 ∑ +∑ = cos 1sin 12122i i tg δ 21δδ-∑= (14-4) 当0 90=∑时，即正交锥齿轮副，122i tg =δ 14.1.2弧齿锥齿轮的旋向与螺旋角 1．旋向 弧齿锥齿轮的轮齿对母线的倾斜方向称为旋向，有左旋和右旋两种（图14-3）。面对轮齿观察，由小端到大端顺时针倾斜者为右旋齿轮（图14-3b ），逆时针倾斜者则为左旋齿（图14-3a ）。 大小轮的旋向相图14-2 锥齿轮的节锥与节面 (a) 左旋 (b) 右旋 图14-1 弧齿锥齿轮副
长期以来，我一直在寻找圆锥直齿轮在PROE中的建模，却一直没有结果。然我仍一直在思考这个问题，终于在机缘巧合之下，我竟然把它给做出来了，也不知道做的对不对。然欣喜之情，仍不言而喻！但我不会得意忘形，所以特将我的做法与大家分享，还请指教！毕竟一家之言不能算是结果，大家之言才是肯定的评价！ 第一种圆锥齿轮的做法，用的主要的命令就是“混合”。 （直面圆锥齿轮） 本文以节圆锥角C=30度，模数M=2，齿数Z=20，齿宽W=20，压力角A=20，齿顶高系数为1，齿底隙系数为0.2，变位系数为0为例，讲述直面圆锥直齿轮的做法。 1.设置参数，列好关系。 参数，如图： 其中，A为压力角 DX系列为另一套节圆，基圆，齿顶圆，齿根圆的代号 各关系如下： d=m*z db=d*cos(a) da=d+2*m*cos(c/2) df=d-2*1.2*m*cos(c/2) dx=d-2*w*tan(c/2) dxb=dx*cos(a) dxa=dx+2*m*cos(c/2) dxf=dx-2*1.2*m*cos(c/2) 其中，D为大端分度圆直径。（圆锥直齿轮的基本几何尺寸按大端计算） DX 5.创建第一个渐开线曲线。 在小端DXF的圆面上，通过输入方程，创建渐开线曲线。其选择的坐标系为PRT_CSYS_DEF 其方程如下： afa=60*t r=dxb/2 x=r*cos(afa)+pi*r*afa/180*sin(afa) y=r*sin(afa)-pi*r*afa/180*cos(afa) z=0 选择‘文件--------保存---------关闭’，确定，即可创建第一个渐开线曲线。如图： 6.创建基准点。 选择渐开线曲线和直径为DX的节圆，即可创建基准点PINT0。 7.创建基准轴 点击基准轴命令，选择混合实体，即可创建基准轴。 8.创建平面。 选择基准轴和基准点PINT0，即可创建平面DIM1。 9.创建平面。 机械基础综合课程设计说明书 设计题目：带式运输机圆锥—圆柱齿轮减速器 学院：机械工程学院 专业年级：机械制造及其自动化11级 姓名：张建 班级学号：机制1班16号 指导教师：刘小勇 2013 年8 月30 日 题目：带式运输机传动装置设计 1. 工作条件 连续单向运转，工作时有轻微振动，空载起动；使用期10年，每年300个工作日，小批量生产，两班制工作，运输带速度允许误差为±5%。 1-电动机；2-联轴器；3-圆锥-圆柱齿轮减速器；4-卷筒；5-运输带 题目B图带式运输机传动示意图 1）选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。 2）进行传动装置中的传动零件设计计算。 3）绘制传动装置中减速器装配图和箱体、齿轮及轴的零件工作图。 4）编写设计计算说明书。 设计步骤： 一、 选择电动机和计算运动参数 (一) 电动机的选择 1. 计算带式运输机所需的功率：P w = 1000 FV =10001 2600?=2.6kw 2. 各机械传动效率的参数选择：1η=0.99（弹性联轴器）， 2η=0.98（圆锥 球轴承），3η=0.96（圆锥齿轮传动），4η=0.97（圆柱齿轮传动），5η=0.96（卷筒）. 所以总传动效率：∑η=2 1η4 2η3η4η5η =96.097.096.099.099.042???? =0.842 3. 计算电动机的输出功率：d P = ∑ ηw P = 842 .06 .2kw ≈3.09kw 4. 确定电动机转速： ∑'i =8~15，工作机卷筒的转速w n = 32014.31 100060d v 100060???= ?π=59.71 r/min ，所以电动机转速范围为 min /r ）65.895~68.477（71.59）15~8（ n i n w ’d =?==∑。考虑电动机和传动装置的尺寸、价格、及结构紧凑和 满足锥齿轮传动比关系（3i 且i 25.0i ≤=I ∑I ~4），故首先选择750r/min ，电动机选择如表所示 表1 (二) 计算传动比： 1. 总传动比：06.1271 .59720 n n i w m ≈== ∑ 2. 传动比的分配：I I I ∑?=i i i ，∑I =i 25.0i =015.306.1225.0=?<4，成立 汽车后桥主减速器及差速器总成 发展概况： 03年中旬，为开拓生产经营，齿轮厂的产品结构发生了重大变革，由原来的齿轮加工专业厂，向齿轮变速箱和汽车后桥等总成产品发展。特别是随着汽车产品和农用汽车的迅猛发展，给齿轮厂发展汽车后桥主减速器总成提供了商机，具有广泛的销售市场，另外主减速器总成的开发又可拉动齿轮厂汽车盆角齿轮的生产销售。因此厂部决策引进东风型汽车后桥主减速器及差速器总成技术，大力发展汽车后桥主减速器总成产品，通过几年来的努力，我们先后开发了8大系列近40个品种的主减速器总成，形成了大规模系列化生产。并取得了显著的成绩，现年均产销量两万多台，产值3000万元左右。 一、汽车后桥主减速器的功用： 汽车后桥（也叫驱动桥），是汽车传动系的最末端（如下图示）。它一般由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等零件部件组成。驱动桥的基本功用是增扭、降速，驱动桥不仅是汽车的动力传递机构，而且也是汽车的行走机构，还起着支承汽车荷重的作用。 其中主减速器又称主传动器，它是汽车驱动桥的核心部分，其基本功用是将发动机发出的扭矩传给驱动轮，实现降速增扭，以保证汽车行驶时具有足够的驱动力和适当的速度。由于绝大多数汽车的发动机是纵向布置的，主减速器 还具有改变扭矩90°（因主、从动锥齿轮的夹角为90°）的作用，使之与驱动轮的旋转方向一致。 二、汽车后桥主减速器的分类 1）按减速齿轮副数可分为单级主减速器（采用螺旋锥齿轮，如EQ140、EQ1061）和双级主减速器（第一级采用螺旋锥齿轮，第二级采用圆柱齿轮，如CA141、Fiat682N2）。 2）按主减速比的变化分为速比不变的单速主减速器和速比变化的双速主减速器。 3）按位置分为中央主减速器和轮边减速器。 如装载机桥、压路机桥和斯太尔桥都带有轮边减速器。增加轮边减速器的目的是：在不加大主减速器尺寸的情况下获得较大的传动比和较大的扭距。 三、主减速器用锥齿轮的类型： 1、主减速器的齿轮是弧齿锥齿轮（又叫“螺旋锥齿轮”）。弧齿锥齿轮(螺旋锥齿轮)传动的特点：主、从动齿轮的轴线垂直相交于一点（如ZL50桥减总的锥齿轮、工推中央传动用锥齿轮等）。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷。又因轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐由齿的一端连续、平稳地转向另一端，所以工作平稳，噪音和振动较小。 螺旋方向：从锥齿轮锥顶看，轮齿从齿面中点到大端向左倾斜的为左旋，向右倾斜的为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响它所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使方向有分离趋势，防止轮齿因卡死而损坏。 四、下面以EQ140主减速器为例，讲一下主减速器的结构（如图1）： 1、EQ140主减速器属单级主减速器，它主要靠一对锥齿轮传递扭矩，具有结构简单、传动效率高、体积小、重量轻等特点，适应中型以下载货汽车。 一、螺旋锥齿轮 在锥齿轮中，根据轮齿的齿长方向来看，有直齿轮和曲线齿轮。齿长轮廓与节锥面交线为直线的是直齿锥齿轮，如果是一段曲线，则统称为曲线齿轮。目前来看，螺旋锥齿轮应该是曲线齿锥齿轮的同义语。根据曲线的不同螺旋锥齿轮现行有三种，分属于不同的公司。美国格里森公司设计的准双曲面齿轮（包括圆弧齿锥齿轮），瑞士奥利康公司的延伸外摆线齿轮以及德国克林根贝格的准渐开线齿轮。 简单来说，日美车系都装备格里森制齿轮如BUICK、TOYOTA。而欧洲车系如BENZ、BMW及AUDI则采用奥利康齿轮。 螺旋锥齿轮是一种可以按稳定传动比平稳、低噪音传动的传动零件，在不同的地区有不同的名字，又叫弧齿伞齿轮、弧齿锥齿轮、螺伞锥齿轮、圆弧锥齿轮、螺旋伞齿轮等。螺旋锥齿轮传动效率高，传动比稳定，圆弧重叠系数大，承载能力高，传动平稳平顺，工作可靠，结构紧凑，节能省料，节省空间，耐磨损，寿命长，噪音小。在各种机械传动中，以螺旋锥齿轮的传动效率为最高，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益；传递同等扭矩时需要的传动件传动副最省空间，比皮带、链传动所需的空间尺寸小；螺旋锥齿轮传动比永久稳定，传动比稳定往往是各类机械设备的传动中对传动性能的基本要求；螺旋锥齿轮工作可靠，寿命长。 锥齿轮的几种齿制、特点、应用领域（部分摘自《齿轮手册》）。 锥齿轮及准双曲面齿轮分别为相交轴及交错轴的齿轮传动类型。但是根据其齿长曲线特点、齿高形式、以及加工方法等有各种分类。由于齿长曲线对于传动性能关系重大，而且要用特定的加工方法，故一般按齿长曲线分类。 直齿锥齿轮：轮齿齿长方向为直线，而且其延伸线交于分锥顶点、收缩齿；可用刨齿机、圆拉法加工，也可精锻成形，一般用在低速轻载工况下、也可用于低速重载； 斜齿锥齿轮：齿长方向为直线，但其延长线不与轴线相交，而是与一圆相切； 曲线齿锥齿轮：曲线齿锥齿轮又分为格里森制和奥利康制、也可称为圆弧制及摆线制。 格里森制由美国格里森公司生产，齿线为圆弧，一般采用收缩齿，常采用间隙分度法加工。 奥利康制由瑞士奥利康公司生产，齿线为摆线的一部分，一般为等高齿，常采用连续分度法端面铣刀进行滚切加工，德国的克林根贝尔格公司加工的曲线齿锥齿轮也是摆线齿、等高齿，现在克林根贝尔格公司与奥利康公司已经合并为一家。 目前，曲线齿锥齿轮应用最多，因其承载能力高、噪音低、传动平稳等优点已广泛应用在航空、航海及汽车行业。 1）直齿锥齿轮：齿线为直线，并相交于分锥顶点，收缩齿； 2）斜齿锥齿轮：齿线为直线，并相切于一点，收缩齿； 3）弧齿锥齿轮：收缩齿（也有用等高齿的）； 4）摆线齿锥齿轮：等高齿； 5）弧齿零度锥齿轮：双重收缩齿，βm=0，用以代替直齿锥齿轮，平 动力传递的纽带卡车车桥结构图文讲解 发动机，变速箱和车桥是卡车的三大动力核心总成，三者中车桥虽不像发动机和变速箱一样常被人们提及，但却在汽车动力传输的过程中发挥着纽带的作用，对整车的行驶的动力性和稳定性有着举足轻重的作用。 ● 什么是车桥？ 车桥，通过悬架和车架(或承载式车身)相连，两端安装汽车车轮的桥式结构。 图为车桥总成 ● 车桥的作用 车桥的功能就是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力及其力矩，其对汽车的动力性，稳定性，承载能力等性能有着重要的影响。如果是作为驱动桥，除了承载作用外还起到驱动、减速和差速的作用。 ● 车桥的结构 卡车一般采用发动机前置，后轮驱动的布置方法。一般情况下，前桥都 是转向桥，而驱动桥在后桥。 前桥的结构 前桥定型结构 卡车前桥由主要由前梁，转向节，主销和轮毂等部分组成。车桥两端与转向节绞接。前梁的中部为实心或空心梁。 ● 驱动桥结构 驱动桥位于汽车传动系统的末端，主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。 驱动桥典型结构 1．主减速器 主减速器一般用来改变传动方向，降低转速，增大扭矩，保证汽车有足够的驱动力和适当的速度。主减速器类型较多，有单级、双级、双速、轮边减速器等。 卡车后桥主减速器 1）单级主减速器 由一对减速齿轮实现减速的装置，称为单级减速器。其结构简单，重量轻。 2）双级主减速器 对一些载重较大的载重汽车，要求较大的减速比，用单级主减速器传动，则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速，通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。 双级主减速器 为提高锥形齿轮副的啮合平稳性和强度，第一级减速齿轮副是螺旋锥齿轮。二级齿轮副是斜齿圆柱齿轮。 主动圆锥齿轮旋转，带动从动圆锥齿轮旋转，从而完成一级减速。第二级减速的主动圆柱齿轮与从动圆锥齿轮同轴而一起旋转，并带动从动圆柱齿轮旋转，进行第二级减速。因从动圆柱齿轮安装于差速器外壳上，所以，当从动圆柱齿轮转动时，通过差速器和半轴即驱动车轮转动。 3）轮边减速器 一般来说，采用轮边减速器是为了提高汽车的驱动力，以满足或修正整个传动系统驱动力的匹配。目前采用的轮边减速器，就是为满足整个传动系统匹 齐齐哈尔大学机械设计基础课程设计 名称：二级圆锥-圆柱齿轮减速器 学院：机电工程学院 专业班级：过控班 学生姓名： 学号： 指导老师： 时间： 2010年12月15日 成绩： 目 录 机械设计基础课程设计任务书 .............................................................................................. - 6 - 1 传动简图的拟定.. (7) 1.1 技术参数 ................................................................................................................. 7 1.2 工作条件 ................................................................................................................. 7 1.3 拟定传动方案............................................................................................................ 7 2 电动机的选择 (8) 2.1 电动机的类型 ............................................................................................................. 8 2.2 功率的确定 .. (8) 2.2.1 工作机所需功率w P ........................................................................................... 8 2.2.2 电动机至工作机的总效率η .. (8) 2.2.3 所需电动机的功率d P ...................................................................................... 8 2.2.4电动机额定功率 ................................................................................................. 8 2.4 确定电动机的型号 ...................................................................................................... 8 3 传动比的分配 ....................................................................................................................... 9 4传动参数的计算 .. (9) 4.1 各轴的转速n............................................................................................................. 9 4.2 各轴的输入功率P ..................................................................................................... 9 4.3 各轴的输入转矩T ..................................................................................................... 9 5 V 带传动的设计. (10) 5.1计算功率 ............................................................................................................... 10 5.2选V 带型号 ............................................................................................................... 10 5.3求大、小带轮基准直径21d d 、................................................................................... 10 5.4验算带速 ................................................................................................................. 10 5.5求V 带基准长度和中心距a .................................................................................... 10 5.6验算小带轮包角1 .................................................................................................... 10 5.7求V 带个根数z ......................................................................................................... 10 5.8求作用在带轮轴上的压力 ........................................................................................11 5.9V 带传动的主要参数整理 .............................................................................................11 5.10带轮结构设计............................................................................................................11 6 圆锥齿轮传动的设计计算 .. (12) 6.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 (12) 6.1.1 齿轮的类型 ..................................................................................................... 12 6.1.2 齿轮的材料 ..................................................................................................... 12 6.1.3 选择齿轮精度 .................................................................................................. 12 6.1.4 选择齿轮齿数 .................................................................................................. 12 6.2 按齿面接触疲劳强度设计 . (12) 6.2.1 试选载荷系数 .................................................................................................. 12 6.2.2 计算小齿轮传递的扭矩 (12) 汽车后桥齿轮热处理 学院：化工装备学院 专业/班级：材料成型及控制工程1301班 学号： 1201312XX 学生姓名：XXX 指导教师：王红梅 时间： 2015年12月 前言 金属材料是人类文明发展的产物,石器时代之后的铜器时代、铁器时代都是具有非常明显的金属材料使用的时代。近年来我国的基础设施，汽车行业发展迅速。通常汽车零部件的受力情况复杂，那么汽车零件就需要更高的工艺。 汽车后桥齿轮一般是指后驱汽车齿轮差速器。在差速器中，通过齿轮来增加扭转力矩，调节左右两车轮的转速，并通过齿轮将发动机的动力传递到主动轮，驱动汽车运行。因此对齿轮耐磨性、疲劳强度、心部强度和冲击韧性等方面要求比一般齿轮高。 热处理是一项广泛应用的一项重要的基础工艺之一。金属材料在严格控制的加热和冷却条件下进行处理，通过改变材料的内部组织来达到人们所要求的的使用性能或使用寿命。在充分发挥材料潜能，节约能源，进行清洁生产和人类社会可持续发展上，热处理技术的拓展是不可忽视的。 目录 前言 题目 (1) 1.汽车后桥从动圆柱斜齿轮的工作条件和性能要求 (2) 1.1汽车后桥从动圆柱斜齿轮的工作条件 (2) 1.2 性能要求 (2) 2.选择材料 (2) 2.1 材料使用性能 (2) 2.2 材料的工艺性能 (2) 2.3 材料的经济性 (2) 3.汽车后桥齿轮的工艺路线 (3) 3.1 备料 (3) 3.2 下料 (3) 3.3 锻造 (3) 3.4正火 (5) 3.5 机械加工 (5) 3.6渗碳、淬火及低温回火 (5) 3.7喷丸 (6) 3.8精加工 (6) 3.9校直、检验 (6) 参考文献 (6) 机械设计课程设计 说明书 题目：一级圆锥齿轮减速器 指导老师： 学生姓名： 学号： 所属院系：机械工程学院 专业：机械工程及自动化 班级：机械10-2 完成日期：2014年1月25日 目录 第一章机械设计课程设计任务书 1.1设计题目 (1) 第二章电动机的选择2 2.1选择电动机类型 (2) 2.2确定电动机的转速 (3) 第三章各轴的运动及动力参数计算 3.1 传动比的确定 (4) 3.2 各轴的动力参数计算 (4) 第四章锥齿轮的设计计算 4.1选精度等级、材料及齿数 (5) 4.2按齿面接触强度设计 (5) 第五章链传动的设计 (8) 第六章轴的结构设计 6.1 轴1（高速轴）的设计与校核 (9) 6.2 轴2（低速轴）的设计 (10) 第七章对轴进行弯扭校核 7.1输入轴的校核轴 (12) 7.2输入轴的校核 (13) 第八章轴承的校核 8.1输入轴的校核 (14) 8.2输出轴的校核 (15) 第九章键的选择与校核 (16) 第十章减速箱体结构设计 10.1 箱体的尺寸计算 (18) 10.2窥视孔及窥视孔 (20) 设计小结 (23) 参考文献 (24) 第一章机械设计课程设计任务1.1设计题目 1)减速器装配图一张； 2)零件工作图二张（大齿轮，输出轴）； 3)设计说明书一份。 第二章电动机的选择 2.1选择电动机类型 因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y系列全封闭自冷式笼型三相异步电动机,电压380V。 1. 电动机容量的选择 1）工作机所需功率 p w ＝FV=2800×1.8=5.04KW 电动机的输出功率Pd＝p w/η 2）效率: 弹性连轴器工作效率η 1 =0.99 圆锥滚子轴承工作效率η 2 =0.99 锥齿轮(8级)工作效率η 3 =0.97 滚子连工作效率η 4 =0.96 传动滚筒工作效率η 5 =0.96 传动装置总效率: η＝η1×η23×η3×η4×η 5 ＝0.99×0.993×0.97×0.96×0.96=0.87 则所需电动机功率为: Pd＝p w/η=5.04/0.87=5.79KW 取P d=5.7KW 2.2电动机转速的选择 滚筒轴工作转速 n w =60×1000v/πD=60×1000×1.8/π×320r/min=107r/min （5）通常链传动的传动比范围为i 1=2-5，一级圆锥传动范围为i 2 =2-4，则总的传动比范 围为i=4-20,故电动机转速的可选范围为n 机= n w ×i=（4~20）×107=428-2140 r/min （6）符合这一范围的同步转速有750 r/min，1000 r/min，1500 r/min，现以同步转速750 r/min，1000 r/min，1500 r/min三种方案比较，由第六章相关资料查的电动机二级圆锥圆柱齿轮减速器设计
汽车后桥主减速器及差速器总成
螺旋锥齿轮及格里森螺旋锥齿轮ProE建模法
车桥结构
二级圆柱圆锥齿轮减速器
汽车后桥齿轮热处理
一级圆锥齿轮减速器.
相关主题
文本预览