渐开线齿轮齿廓的优化设计与研究
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渐开线齿轮齿廓范成实验- 机械设计基础渐开线是一种齿廓曲线,具有相对滚动过程中齿面接触良好、传动精度高等优点,广泛应用于各种机械传动中。
齿轮是渐开线的常见应用,而齿轮的齿廓设计对保证传动的性能至关重要。
本文将介绍渐开线齿轮齿廓的范成实验流程及方法。
渐开线齿轮齿廓的范成实验主要依据以下原理:1.渐开线齿轮齿廓曲线的方程若一个圆在另一个圆内滚动,且同时保持两圆心之间距离不变,则圆上某点的轨迹为渐开线。
圆的轨迹称为基圆,而另一圆称为从动圆。
若基圆为圆柱,从动圆为齿轮,则圆心所在直线即为两齿轮轴线。
令Z1和Z2分别为主动轮和从动轮的齿数,d1和d2分别为主动轮和从动轮的分度圆直径,则渐开线方程为:x=a(θ-sinθ)其中a=d1/2,θ为参数,s=Z2/Z1,实际计算时一般采用插齿法进行计算。
2.插齿法插齿法也称为逐齿法,主要用于推导渐开线齿轮齿廓。
其基本思想是从基圆上一点出发,逐步向定轴方向平移,并将平移轨迹图转换为从动轮上的齿廓。
1.确定齿轮参数在进行齿轮齿廓范成实验前,需要先确定齿轮的参数,包括齿数、分度圆直径、法向压力角等。
一般情况下,齿轮的参数由机械设备工程师根据实际需求进行设计。
2.绘制齿轮的CAD图根据齿轮的参数绘制齿轮的CAD图,使用CAD图软件或其他计算机辅助设计软件完成齿轮的绘制工作。
3.使用CNC机床制作齿轮母模在完成齿轮的CAD图设计后,将其通过CAM软件编程,使其转化为CNC机床所能识别的指令,然后通过CNC机床进行齿轮母模的加工。
4.制作齿轮精度测量仪制作齿轮精度测量仪,测量仪主要包括准确的齿轮中心定位装置,精确的齿廓扫描仪和数据处理器等。
5.进行齿轮齿廓范成实验利用齿轮的母模和精密齿轮测量仪,将齿轮母模和齿轮之间进行相互配合和精密测量,即可获得高精度的齿轮齿廓。
1.加工齿轮母模时需要采用高精度的CNC机床,以保证母模加工的精度和表面光洁度。
2.制作齿轮精度测量仪时需要选择精度高、鲁棒性强的元器件,并利用合理的设计方法,避免测量误差的产生。
文章编号:1006-2777(2003)04-0011-04渐开线齿轮齿廓曲线的参数化设计与计算赵丽红(江西德兴铜矿,江西德兴334224)摘要:用Autoli sp语言,开发了绘制渐开线齿轮齿廓曲线的参数化设计程序,提高了渐开线齿轮设计效率和质量。
关键词:渐开线;齿廓曲线;参数化设计中图分类号:TH122;TH1321413文献标识码:AParameterized Design and Calculation of Teeth Profile of Involute GearZ HAO L-i hong(Jiangxi Dexin Copper M ine,Jiangxi Dexin334224,China)Abstract:By use of Autolisp language,parameterized design program of teeth profile of involute gear is developed,which raises the desi gn efficiency and quali ty of involu te gear.Key Words:involute;teeth profile;parameterized design渐开线齿轮齿廓曲线的设计,涉及齿轮的基本参数,几何尺寸等,AutoCAD直接绘图计算步骤繁琐复杂。
因此,结合渐开线齿轮的设计特点,采用AU-TOLISP语言编程方法,进行齿轮齿廓曲线的参数化设计程序的设计,可以输入齿轮参数值,快捷准确地绘制渐开线齿轮齿廓曲线。
1参数化绘制渐开线齿廓曲线齿廓曲线的渐开线函数为:x=db2c os(t)+db2t sin(t)y=db2sin(t)-db2t cos(t)式中:db)))渐开线基圆直径,db=d cos(a);a)))分度圆压力角;d)))分度圆直径;t)))渐开线滚动角。
编制Autolisp程序gear1lsp:(DE FUN C:GE AR(/tt deltatt d PT1P T2XP T2 YPT2))(SE TQ m(getdist/\nm/=00))(SE TQ z(getdist/\nz/=00))(SE TQ x(getdist/\nx/=00))(SE TQ alpha(/(*20PI)180))(SE TQ d(*m z))(SE TQ r(/d2))(SE TQ db(*m z(COS alpha)))(SE TQ rb(/db2))(SE TQ tanalpha(/(SIN alpha)(C OS alpha)))(SE TQ s(+(/(*PI m)2)(*2m x tana-l pha)))第23卷第4期2003年8月江西冶金JIANGXI ME TALLURGYVol.23,No.4August2003X收稿日期:2003-03-31作者简介:赵丽红(1973-),女,江西宜春人,助理工程师,从事矿山设备设计与技术开发。
渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程及精确建模渐开线齿轮是一种常见的齿轮类型,它的齿廓曲线被认为是一种理想的齿形,具有很多优点,例如传动平稳、运转静音等。
本文将深入探讨渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程及其精确建模,以及对这个主题的个人观点和理解。
一、渐开线齿轮的概述渐开线齿轮是一种特殊的齿轮类型,其齿廓曲线呈现出渐变的特点。
与其他常见的齿轮类型相比,渐开线齿轮的齿廓曲线更为平滑,具有更好的传动效果和较低的噪音水平。
由于这些优点,渐开线齿轮被广泛应用于各种传动装置中,例如汽车变速器、工业机械等。
二、渐开线齿轮的齿廓曲线方程渐开线齿轮的齿廓曲线可以通过数学方程进行描述。
这个方程通常被称为渐开线方程或渐开线函数,并且是通过数值计算或近似算法得出的。
其一般形式如下:x = r * (θ - sinθ)y = r * (1 - cosθ)其中,x和y分别表示渐开线上某一点的坐标,r为渐开线的参考半径,θ为该点的极角。
通过这个方程,我们可以轻松地计算出齿轮齿廓上任意一点的坐标。
三、渐开线齿轮的精确建模为了准确地建模渐开线齿轮,我们需要确定一些关键参数,例如模数、螺旋角等。
这些参数将直接影响到齿轮的尺寸和几何形状。
通过精确建模,我们可以在计算机辅助设计软件中生成渐开线齿轮的三维模型,方便后续的模拟、分析和优化。
在建模过程中,我们需要使用齿轮CAD软件或者编程语言,将渐开线方程转化为计算机可识别的形式。
通过使用合适的算法和数值计算方法,我们可以生成渐开线齿轮的完整齿廓曲线,并将其用于建模和仿真分析。
我们还可以通过调整参数的数值,使得齿轮满足特定的要求,例如减小运动噪音、提高传动效率等。
四、个人观点和理解对于我个人而言,渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程及精确建模是一个非常有趣和具有挑战性的主题。
通过深入研究和探索,我意识到渐开线齿轮的齿廓曲线不仅仅是一种理论存在,更是一种实用的工程解决方案。
通过了解渐开线齿轮的齿廓曲线方程,我们可以更好地理解其性能和特点。
渐开线齿轮引言齿轮是机械传动中常见的元件,用于传递转矩和旋转运动。
在齿轮的设计中,渐开线齿轮是一种常用的形式之一。
本文将介绍渐开线齿轮的基本概念、设计原理以及应用领域。
什么是渐开线齿轮渐开线齿轮是一种特殊的齿轮形式,其齿侧曲线是渐开线形状。
与其他常见的齿轮形状相比,渐开线齿轮具有更好的传动性能和更低的噪音。
渐开线齿轮的齿侧曲线是指齿轮齿廓的侧面曲线形状。
在渐开线齿轮中,齿廓的侧面曲线不是直线或圆弧,而是呈现出一种渐开线的形状,因此得名渐开线齿轮。
渐开线齿轮的设计原理渐开线齿轮的设计原理是基于渐开线曲线的性质。
渐开线曲线是一种特殊的平面曲线,具有以下性质:1.渐开线曲线上任意一点的切线方向与该点到渐开线曲线起点的线段方向相同;2.渐开线曲线上任意一点到渐开线曲线起点的线段长度与该点到渐开线曲线上切线交点的距离成正比。
基于渐开线的性质,可以通过一系列计算和绘图步骤来设计渐开线齿轮的齿廓。
首先确定齿轮的模数、齿数、分度圆直径等基本参数,然后计算出每个齿的渐开线曲线参数,最后通过绘图软件绘制出齿轮的齿廓曲线。
渐开线齿轮的优点相比于其他常见的齿轮形状,渐开线齿轮具有以下优点:1.传动平稳:由于渐开线齿轮齿廓的特殊形状,齿轮齿与啮合齿轮之间的接触点在传动过程中逐渐从齿顶移向齿根,减少了齿轮啮合时的冲击和振动,从而实现更平稳的传动。
2.噪音低:渐开线齿轮的特殊齿廓形状和传动平稳性减少了齿轮传动中的噪音产生,提高了机械装置的工作环境。
3.能耗低:由于传动平稳、噪音低,渐开线齿轮传动中的能量损失较小,从而提高了机械传动的效率。
渐开线齿轮的应用领域由于渐开线齿轮具有出色的传动性能和低噪音特点,广泛应用于各个机械领域。
以下是一些常见的渐开线齿轮应用领域:1.汽车工业:渐开线齿轮被应用于汽车变速器系统,提供平稳的速度变换和噪音控制。
2.机床工业:渐开线齿轮用于机床传动系统,提供高精度的运动传动和稳定的工作效果。
3.风力发电:渐开线齿轮用于风力发电机组传动系统,实现高效、可靠的能量转换。
实验二渐开线齿廓的范成实验实验目的:1.了解渐开线齿轮的特点及其齿面接触形状。
2.熟悉渐开线齿轮加工的工艺流程和机床调试的方法。
3.掌握齿轮加工中常用的各种刀具和测量工具。
实验原理:渐开线是一种特殊的曲线,它具有许多的特点,如:齿面接触点不同于轮缘的接触点;齿面接触点沿轴线方向移动,而轮缘的接触点不动;齿面接触点位置会随着传动功率的增加而改变;齿面接触点压力分布更加均匀等。
因此,渐开线齿轮具有较高的传动效率、较小的运动误差、较小的声级和较高的寿命等优点,被广泛应用于各种机械传动装置中。
渐开线齿轮的范成加工,是将齿轮和齿轮加工机床的机构组成一个特殊的装置,通过齿轮和调整机床的各种参数(如:齿距因数、压力角、齿槽角等)来实现齿轮的加工过程。
具体而言,首先利用数控机床等设备制作出齿形刀具,然后调试机床的各种参数,同时不断进行试切。
渐开线齿轮加工的过程相对复杂,需要进行多次调整和测量,以获得最终的加工效果。
具体而言,需要进行以下几个方面的工作:1.制作合适的齿形刀具。
由于渐开线的齿形较为复杂,因此需要制作出合适的齿形刀具以实现齿轮加工。
具体而言,需要进行以下几个步骤:(1)选择合适的材料,一般为高速钢、硬质合金等。
2.调试机床的各种参数。
调试机床的参数,包括齿轮轴向距离、齿距因数、齿高、齿槽角、压力角等参数。
这些参数的设置需要考虑到齿轮的应用环境、传动功率、负载特点等因素,以充分发挥渐开线齿轮的特点。
3.进行试切。
试切即是在机床上进行的小规模加工,用于确认调整参数的正确性。
在试切过程中,需注意保护齿轮齿面免受损坏。
4.进行测量和修正。
在加工过程中,需要进行各种测量,包括齿距、齿高、齿厚、齿侧间隙等参数。
如果发现加工结果不理想,需要进行修正。
实验流程:1.准备工作(1)检查机床的各项安全保护措施是否到位,切勿在机床操作前忽略任何安全措施。
(2)对机床进行清洁和保养,以确保其良好的工作状态。
(1)调整轴向距离。
实验二渐开线齿轮范成原理实验
一、实验目的
1.掌握用范成法加工渐开线齿轮齿廓基本原理,观察齿廓的形成过程。
2.了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法,建立变位齿轮的基本概念。
3.了解刀具变位对被加工齿轮各参数的影响,分析比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。
二、设备与工具
1.齿轮范成仪、剪刀;
2.学生自备圆规、三角尺、两支不同颜色的铅笔或圆珠笔;
三、实验方法
1.原始数据:齿条与齿轮
模数m=20mm 齿顶高系数h a*=1.0 最小齿数Z min=17mm
压力角α=20°径向间隙系数C*=0.25 分度圆直径d=200mm 径向变位系数X 2
四、实验注意事项及要求
⒈一定要用插销使半圆与圆盘固定;
⒉纸坯转角要小,以便“切”画出连续光滑的齿廓线;
⒊要将刀具在纸坯上的所有投影线一次画出来;铅笔要与纸坯平直;
⒋比较两种齿形时,一定要使其分度圆与基圆重合,齿廓一边对齐;
⒌回答下面思考题。
五、思考题:
1.通过实验说明你所观察到的根切现象的特点怎样?
是由何原因引起的?避免根切方法有哪些?
2.谈一谈对本实验课的心得体会和意见。
思考题答案:
答:1.根切现象去的是被切齿轮齿根部分的渐开线齿廓;
产生的原因是:用范成法加工渐开线齿轮时,刀具齿顶线超过了啮合极限点;
避免根切的发生要:①在允许不发生根切的最少齿数内加工;②在允许不发生根切的最小变位系数内加工;
③避免根切可采用非标准刀具或改变刀具和轮坯的相对位置。
渐开线齿廓实验心得体会渐开线是一种特殊的曲线,具有许多独特而有趣的性质和应用领域。
在进行渐开线齿廓实验的过程中,我深刻体会到了渐开线的奇妙之处,并从中获得了许多有关曲线和实验方法的经验与启示。
首先,对于渐开线的理解和探索是非常重要的。
在实验中,我通过观察和研究渐开线的特性,如点的运动规律、切线的方程和长度等,逐渐加深了对于这种曲线的理解。
渐开线的独特性质,如在两个圆的交点处切线垂直于两个圆之间的连线以及半径之比等,让我对于曲线的构造和形态有了更深入的认识。
其次,在实验中我学会了如何运用数学知识解决问题。
在绘制渐开线齿廓图时,我需要用到坐标系、三角函数和曲线方程等数学工具。
通过对于这些数学知识的应用,我能够更清晰地理解和解释曲线的特性,并进一步优化实验的过程和结果。
这种将数学知识与实际应用相结合的能力对于我的数学学习和问题解决能力的提升有着积极的影响。
此外,实验中还需要具备一定的细心和耐心。
在绘制渐开线齿廓图时,我需要精确地计算和标定曲线上的点和线段,任何一个小错误都会导致整个曲线的偏差。
因此,我需要反复检查和调整图形,确保其准确无误。
这让我认识到,在实验和科学研究中,细致入微的观察和严谨的态度是非常重要的。
最后,通过本次实验,我还意识到了实验方法的重要性。
在绘制渐开线齿廓图的实验中,我需要选择合适的工具和仪器,并合理安排实验步骤,以保证实验过程的有效性和可重复性。
这需要我具备良好的实验设计和操作能力,并且能够灵活地调整实验计划和方法,以获得准确而可靠的结果。
实验方法的灵活运用不仅是科学研究的基础,也培养了我的实验能力和创新思维。
总的来说,通过渐开线齿廓实验,我深刻体会到了渐开线的奇妙之处,并从中获得了许多有关曲线和实验方法的经验与启示。
这次实验不仅增强了我对曲线的理解,还提高了我的数学能力、实验能力和问题解决能力。
我相信这些经验和体会对于我的科学学习和未来的研究工作都将有着重要的影响。
渐开线行星齿轮传动设计渐开线行星齿轮传动设计渐开线行星齿轮传动是一种常用的传动形式,具有紧凑、高效、传动比大等特点,广泛应用于机械传动领域。
本文将深入探讨渐开线行星齿轮传动的多个方面,包括其原理,设计要点以及应用领域等。
我们来了解渐开线行星齿轮传动的原理。
渐开线齿轮齿廓具有非常特殊的形状,使得齿轮在传动过程中能够平滑且无冲突地接触和分离。
而行星齿轮传动由一个行星齿轮组成,围绕主动齿轮旋转,并通过一个中间齿轮将动力传递给输出齿轮。
这种结构使得行星齿轮传动具有很高的传动比,并且能够承受较大的负载。
在设计渐开线行星齿轮传动时,有几个关键要点需要考虑。
首先是齿轮的几何参数,包括齿轮的模数、齿数、压力角等。
这些参数的选取将直接影响到齿轮的传动性能和工作寿命。
其次是齿轮的材料选择和热处理。
齿轮应选择硬度高、耐磨损的材料,并经过适当的热处理,以确保其在传动过程中能够承受较大的载荷和磨损,同时保持传动效率。
最后是行星齿轮传动的布置和装配。
行星齿轮的布置应结合实际工作条件和空间限制,使得传动系统能够达到最佳的性能和紧凑度。
渐开线行星齿轮传动在许多领域都有广泛的应用。
在机械制造行业中,它常用于高速传动系统和大扭矩传动系统,如汽车变速器、工程机械等。
在航空航天领域,渐开线行星齿轮传动常用于飞机引擎和航天器的传动系统,因其紧凑、轻量化的特点可以提高系统的整体性能。
在机器人、纺织机械、印刷设备等领域也有着广泛的应用。
总结回顾一下,渐开线行星齿轮传动是一种紧凑、高效的传动形式,具有较高的传动比和承载能力。
在设计渐开线行星齿轮传动时,需要考虑齿轮的几何参数、材料选择和热处理,以及传动系统的布置和装配。
这种传动形式在机械制造、航空航天、机器人等领域都有广泛的应用。
我对渐开线行星齿轮传动的观点和理解是,它是一种非常优秀的传动形式,能够满足各种高性能、高要求的传动应用。
随着技术的不断发展,渐开线行星齿轮传动在各个领域的应用还将不断拓展和深化。
渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程及精确建模一、引言在机械设计领域中,渐开线齿轮被广泛应用于传动装置中。
它具有传动平稳、传动比准确、噪音小等优点,因此备受青睐。
为了更深入地了解渐开线齿轮,我们需要探索其完整齿廓曲线方程及精确建模。
二、了解渐开线齿轮1.渐开线齿轮的概念渐开线齿轮是一种特殊的齿轮,其齿廓曲线定义为齿廓曲线上任意一点到齿轮轴线的距离,均等于该点切线方向与齿轮轴线之间的夹角的正切值乘以该点到轴线的距离。
这种设计使得渐开线齿轮在传动过程中具有更加稳定的性能。
2.渐开线齿轮的应用渐开线齿轮被广泛应用于各种机械传动装置中,如汽车变速箱、工业机械设备等。
其传动平稳、传动比准确的特点,使其在高速、大扭矩传动系统中具有重要的地位。
对其完整齿廓曲线方程及精确建模的研究具有重要意义。
三、渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程1.齿廓曲线方程的推导渐开线齿轮的完整齿廓曲线是由渐开线和圆弧段组成的,因此其完整齿廓曲线方程可以分段推导。
在渐开线段上,齿廓曲线可以表示为直线段,而在圆弧段上,齿廓曲线可以表示为圆弧段。
将两者组合起来,即可得到渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程。
2.完整齿廓曲线方程的数学表达根据上述推导过程,我们可以得到渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程,该方程包含了渐开线段和圆弧段的数学表达式。
这个方程的推导过程相对复杂,但是对于深入理解渐开线齿轮的齿廓曲线具有重要意义。
四、渐开线齿轮的精确建模1.建立渐开线齿轮的三维模型在实际应用中,我们需要对渐开线齿轮进行精确建模。
建立渐开线齿轮的三维模型是一个复杂而重要的工作,需要结合完整齿廓曲线方程,使用CAD软件进行精确建模。
2.精确建模的意义精确建模能够帮助工程师更全面、准确地了解渐开线齿轮的结构和性能特点,有助于优化设计,提高传动效率和可靠性。
五、个人观点和理解对于渐开线齿轮的研究,我深刻地认识到它在机械设计中的重要性。
作为传动装置的核心部件,渐开线齿轮的完整齿廓曲线方程及精确建模对于提高机械传动系统的性能至关重要。
渐开线齿廓的范成实验报告答案篇一:《渐开线齿廓的范成原理》实验报告《渐开线齿廓的范成原理》实验报告一、实验目的二、实验原理三、实验计算标准齿轮:m=20mm、z=8、?=20°、ha*=1、c*=0.25 变位齿轮:m=20mm、z=8、?=20°、ha*=1、c*=0.25;正变位:x1=0.5;负变位:x2= -0.5。
四、实验结果(附图)五、回答问题1、试比较标准齿轮、正变位齿轮、负变位齿轮的齿形有什么不同?并分析其原因。
2、如何避免根切现象?篇二:实验一渐开线齿廓的范成原理实验报告XX/4/1 1姓名:刘雄班级:检测1001班学号:XX3451实验一渐开线齿廓的范成原理实验报告一. 实验目的1. 了解使用范成法加工渐开线齿轮廓原理。
2. 3. 二. 实验步骤1. 2. 计算标准齿轮齿根圆,基圆,分度圆,齿顶圆和变位齿轮齿根圆,基圆,分度圆,齿顶圆的参数。
3. 所以进刀方向至少5mm以上,才能避免根切。
三. 实验设备1. 齿2.3.4. 剪刀,铅笔四. 实验数据篇三:齿轮范成实验报告机械设计基础(II)实验报告班级姓名学号渐开线直齿圆柱齿轮的实验研究日期XX年11月10日(理论课)任课教师一、实验目的:1、通过实验掌握渐开线齿轮的加工原理和加工方法;2、培养学生在实际工作中发现问题、分析问题和解决问题的能力;3、培养学生的动手能力。
二、实验要求:1、根据所给参数,利用实验室提供范成仪的搭接件,构造出齿轮加工装置。
2、掌握范成法加工齿轮时可能出现的问题及对策;3、掌握标准齿轮与变位齿轮的异同点。
三、实验步骤1、准备好剪刀、铅笔、圆规、三角板、量角器和绘图纸(或其它厚纸)等用具。
1) 根据个人所分配到的题目安装好齿轮范成仪,进行齿轮范成。
2) 在所范成齿轮上标出db、d、da、df 、 p、s、e、pb、pn ;3) 观察所范成的齿轮,发现并解决范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮产生的问题 4) 分析比较标准齿轮与变位齿轮的异同点。
渐开线齿廓的范成实验齿轮的加工方式很多,如切削法、铸造法、热轧法、电加工法等。
但就加工原理来看,切削法又可分为两大类,即仿形法和范成法。
所谓仿形法,是指用与齿槽形状相同的成形刀具或模具将轮坯齿槽的材料去掉,经常使用的方式是用圆盘铣刀或指状铣刀在一般铣床上进行加工。
所谓范成法,是指利用一对齿轮作无侧隙啮合传动时,两轮的齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的,因此又称为包络法。
经常使用的有效滚齿机、插齿机、剃齿机等加工齿轮。
实验目的一、明白得范成法切削齿轮的大体原理和进程。
二、明白得渐开线齿轮发生根切的缘故和用变位修正来幸免根切的道理,并验证最小变位系数。
3、加深对彼此啮合的齿廓互为包络线的明白得。
4、分析比较标准齿轮和变位齿轮的区别。
实验原理用仿形法加工齿轮时一样都是不持续切削。
每加工完齿轮上的一个齿间后,要进行分度才能继续加工下一个齿间,由于分度中的误差和刀具形状误差,因此用这种方式加工出来的齿轮精度较差,生产效率也低,而且加工同一模数和压力角的齿轮,因齿数不同时那么刀具也要相应改变,因此刀具的通用性也差。
范成法是依照一对齿轮彼此啮合时,其齿廓互为包络线的原理来加工齿轮的(即一对齿轮在啮合进程中它们的齿廓始终相切)。
加工时刀具和齿坯之间维持固定的速比,正如平常一对彼此啮合的齿轮传动一样,用范成法加工齿轮时,同一模数和压力角的刀具适用于不同齿数的齿轮,如此刀具的通用性就好,加工出来的齿轮精度较高,生产率也高。
本实验确实是用齿轮范成仪通过作图的方式来作出齿条刀具在实际加工时刀刃在轮坯上的各个切削位置所形成的包络线,即用范成法加工齿轮的进程,从而加深对齿廓曲线的形成,变位修正和范成原理的明白得。
实验设备与工具一、工具:(自备)铅笔、橡皮、三角尺、圆规等二、实验设备:齿轮范成仪,画图纸,剪子齿轮范成仪构造如图3-1所示。
图中模数为15mm的齿条刀具1通过螺母与滑板2固定在一路,而与滑板2上齿条相啮合的是齿轮4,滑板2和底座5有燕尾导槽相配合。
渐开线齿轮范成原理实验报告渐开线齿轮范成原理实验报告引言:渐开线齿轮是一种常用的传动装置,它具有传递大扭矩、平稳运转等优点,在机械工程中得到广泛应用。
本实验旨在通过实际操作,探究渐开线齿轮的范成原理,并验证其传动效果。
一、实验目的通过实验,了解渐开线齿轮的范成原理,并验证其传动效果。
二、实验器材与原理1. 实验器材:渐开线齿轮范成装置、测量工具、示波器等。
2. 实验原理:渐开线齿轮的范成原理是通过渐开线刀具与工件的相对运动,使刀具的切削面与工件的齿廓形成一定的相对运动轨迹,从而实现对齿轮齿廓的加工。
具体实验过程中,通过调整渐开线刀具与工件的相对位置和运动轨迹,使切削面与工件齿廓的接触点始终位于齿廓的顶部,从而实现对齿轮齿廓的加工。
三、实验步骤1. 准备工作:检查实验器材是否完好,确保测量工具的准确性。
2. 调整渐开线刀具与工件的相对位置:根据实验要求,调整渐开线刀具的位置,使其与工件的齿廓接触点位于齿廓的顶部。
3. 开始范成:启动范成装置,使渐开线刀具与工件进行相对运动,注意观察切削面与工件齿廓的接触情况。
4. 观察与测量:使用测量工具对范成后的齿轮齿廓进行测量,并记录测量结果。
5. 传动效果验证:将范成后的齿轮与其他齿轮进行组装,观察传动效果是否顺畅。
四、实验结果与分析通过实验操作,我们成功范成了一组渐开线齿轮,并对其齿廓进行了测量。
测量结果显示,范成后的齿轮齿廓与理论值相符,表明我们的实验操作正确。
在传动效果验证中,我们发现范成后的齿轮与其他齿轮组装后,传动效果非常顺畅,没有明显的卡滞或跳动现象,说明渐开线齿轮的范成原理确实能够有效地实现齿轮的传动。
五、实验结论通过本次实验,我们深入了解了渐开线齿轮的范成原理,并通过实际操作验证了其传动效果。
实验结果表明,渐开线齿轮的范成原理能够有效地实现齿轮的加工,并且传动效果良好。
这对于机械工程领域的齿轮传动设计与制造具有重要的意义。
六、实验心得通过本次实验,我对渐开线齿轮的范成原理有了更深入的了解。
渐开线齿轮原理
渐开线齿轮是一种常见的传动装置,它的原理和结构对于机械传动系统的设计和运行起着至关重要的作用。
渐开线齿轮的原理是指其齿轮齿面上的齿廓线为渐开线,这种齿轮能够在传动过程中实现平稳的传动,并且具有较高的传动效率和载荷能力。
下面我们将深入探讨渐开线齿轮的原理。
首先,渐开线齿轮的齿廓线是如何设计的呢?在渐开线齿轮的设计中,齿轮齿面上的齿廓线是根据渐开线进行设计的。
渐开线是一种特殊的曲线,其特点是从曲线上任意一点到曲线上任意一点的切线长度都相等。
这种特殊的曲线能够使得齿轮在传动过程中齿面的接触变化更加平稳,从而减小了齿轮的磨损和噪音,并提高了传动效率。
其次,渐开线齿轮的工作原理是怎样的呢?当两个渐开线齿轮啮合时,它们的齿廓线能够使齿轮在传动过程中实现逐渐接触和逐渐分离。
这种设计能够减小齿轮在传动过程中的冲击和振动,使得传动更加平稳可靠。
同时,渐开线齿轮的啮合也能够使得齿轮的传动效率更高,载荷能力更强。
此外,渐开线齿轮的优点还包括传动效率高、噪音小、寿命长等特点。
由于其特殊的齿廓线设计,渐开线齿轮在传动过程中能够减小齿轮的磨损和能量损失,从而提高传动效率。
同时,由于齿轮在传动过程中的平稳接触和分离,使得齿轮的运行更加平稳,减小了噪音和振动。
此外,渐开线齿轮的设计也能够使得齿轮具有更长的使用寿命。
总的来说,渐开线齿轮作为一种重要的传动装置,其原理和设计对于机械传动系统起着至关重要的作用。
通过对渐开线齿轮的原理进行深入的了解,我们能够更好地进行齿轮的设计和选择,从而提高机械传动系统的传动效率和可靠性。
希望本文能够对读者有所帮助,谢谢阅读!。
齿轮渐开线原理
齿轮渐开线原理是指一种特殊的齿轮齿面曲线,它具有以下特点:在齿轮齿廓上任意两点的切线与该点到齿轮中心轴线的距离的比值,始终保持不变。
这种特殊的曲线能够保证传动时齿轮的运动平稳,同时减小摩擦和磨损,提高传动效率。
齿轮渐开线的设计原理是为了解决传统齿轮在传动过程中的一些问题。
在传统齿轮中,由于切线与径向方向的力的方向不一致,会导致额外的摩擦和磨损。
而齿轮渐开线的特殊曲线设计,使得切线与径向方向的力始终保持一致,从而减小了摩擦和磨损。
齿轮渐开线的设计可以通过多种方法实现,其中最常用的是正弦渐开线和弧渐开线。
正弦渐开线的设计方法是将圆的齿廓分割成若干小弧段,在每个小弧段上,切线与径向方向的力都是一致的。
而弧渐开线的设计方法是通过一系列的圆弧来逼近渐开线的曲线。
使用齿轮渐开线设计的齿轮在传动中具有更小的摩擦和磨损,因此能够提高传动效率和寿命。
此外,齿轮渐开线还具有较好的传动平稳性,减小了传动时的冲击和噪音。
因此,在许多高精密传动设备中广泛应用齿轮渐开线原理。
总之,齿轮渐开线原理是一种特殊的齿轮齿面曲线设计方法,通过保持切线与径向方向力的一致,减小了摩擦和磨损,提高了传动效率和寿命。
它在传动设备中的应用广泛,并具有较好的传动平稳性。
渐开线圆柱齿轮修形及动力接触特性研究一、本文概述随着机械工业的不断发展,齿轮作为重要的传动元件,其性能优化与设计精度提升一直是工程界和学术界的研究热点。
渐开线圆柱齿轮作为一种广泛应用的齿轮类型,其动力接触特性及修形技术的研究对于提高齿轮传动效率、降低噪音和磨损、延长齿轮使用寿命具有重要意义。
本文旨在深入探讨渐开线圆柱齿轮的修形技术及其对动力接触特性的影响,为齿轮设计的优化和实际应用提供理论支持和实践指导。
本文首先概述了渐开线圆柱齿轮的基本几何特性和传动原理,为后续研究奠定理论基础。
随后,详细分析了渐开线圆柱齿轮修形技术的原理和方法,包括齿廓修形、齿向修形等多种修形方式,并探讨了修形参数对齿轮性能的影响。
在此基础上,通过建立渐开线圆柱齿轮的动力学模型,分析齿轮在啮合过程中的动态接触特性,揭示修形技术对齿轮动力性能的影响机制。
本文还将通过实验验证理论分析的准确性,对比不同修形参数下齿轮的传动性能,为齿轮修形技术的实际应用提供指导。
本文还将讨论当前研究中存在的问题和未来的发展趋势,为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
通过本文的研究,期望能够为渐开线圆柱齿轮的修形设计及动力接触特性优化提供有效的理论支持和实践指导,推动齿轮传动技术的发展和应用。
二、渐开线圆柱齿轮的基本理论渐开线圆柱齿轮是机械传动中最常用的一种齿轮类型,其基本理论主要涉及齿轮的几何形状、啮合原理和运动特性。
渐开线是指一个点在固定圆上滚动时,其轨迹上任意一点的法线在固定圆上的包络线。
在渐开线圆柱齿轮中,齿轮的齿廓曲线即为渐开线。
渐开线具有一些重要的性质,如基圆的切线在渐开线上、渐开线上任一点的法线必与基圆相切等。
这些性质对于理解齿轮的啮合原理和运动特性至关重要。
齿轮的基本参数包括齿数、模数、压力角等。
齿数是指齿轮上齿的数目,它决定了齿轮的传动比。
模数是齿轮尺寸的一个重要参数,它与齿轮的齿距、齿高等尺寸相关。
压力角是指齿廓曲线在任意一点的法线与该点速度方向之间的夹角,它影响齿轮的传动性能和承载能力。
渐开线齿轮齿廓的优化设计与研究张伟何家宁昆明理工大学机电机电工程学院,昆明,650093摘要:首先,本文讨论了传统的渐开线齿轮存在的问题,从而引出了对齿廓的优化设计。
其次,基于UG/NX参数化地建立齿轮模型,理论上对比分析了渐开线-圆弧齿轮与渐开线直齿轮的弯曲应力,并且说明了渐开线-圆弧齿轮对弯曲疲劳寿命的改善。
最后,分别建立渐开线直齿轮和渐开线-圆弧齿轮的装配模型,并导入ADAMS中进行运动学仿真,提取相关图表进行对比分析,说明了渐开线-圆弧齿轮对传动性能的改善。
通过本文的研究,将为渐开线-圆弧齿轮的优化设计及实际加工制造提供理论依据。
关键词:数学建模;渐开线-圆弧齿轮;UG;弯曲疲劳寿命;ADAMS0 引言齿轮作为传递运动和动力的机械零件,用于传递空间任意两轴之间的运动和动力,是现代机械中应用最广泛的一种传动机构[1]。
渐开线齿轮由于传递运动准确,运行平稳,并且具有一定的承载能力,长期以来被广泛地应用于工业生产中。
但是,由于渐开线齿轮特有的齿形,会带来许多问题,例如:由于齿轮轮齿交变应力的作用,以及因轴的弯曲变形引起的载荷沿接触线不均匀分布等因素的影响,故振动噪声较大,传动不平稳;由于齿轮间的啮合方式为齿廓线接触的外啮合,故传动中接触应力较大,降低了承载能力。
本文所研究的渐开线-圆弧齿轮是对传统的渐开线直齿轮进行齿廓修形的齿轮,这种齿轮除具有传统渐开线齿轮的优点外,还有效地改善了传统齿轮的传动性能。
本文通过理论研究和计算机仿真说明了渐开线-圆弧齿轮相较于传统齿轮在传动性能上的优化,为渐开线-圆弧齿轮的实际加工与制造奠定的理论基础。
1 渐开线-圆弧齿轮的数学建模所谓渐开线-圆弧齿轮,即相互啮合的一对齿轮,其齿廓接触线为圆弧的渐开线齿轮。
如图1所示为该齿轮的齿廓形状,这种齿轮的齿廓是由两条渐开线沿各自的两条圆弧平行移动后形成的曲面。
所以这种齿轮具备传统的渐开线直齿轮的所有优点,两者之间的区别只是齿廓接触线一个是圆弧,一个是直线而已[2]。
1—凸面齿廓;2—凹面齿廓;3—齿根;4—齿顶;5、6、7、8—相同的渐开线;9、10、11、12—半径相等的圆弧; 13、14—齿根过渡圆弧面图1 渐开线-圆弧齿轮的齿廓形状齿轮是机械传动系统中广泛采用的传动机构,在结构外形上具有特征系列化、参数化的特点[3]。
如在设计中因参数的改变而重复设计,不仅浪费时间精力,还会造成数据冗余,而利用UG 参数化建模功能,可以较好地解决这一问题。
在UG 中对齿轮进行参数化建模,如图1所示的齿轮齿廓参数方程为[4]:cos ()sin t b b x r s r rad s s =+;sin ()cos t b b y r s r rad s s =-;0t z =。
其中:b r 为基圆半径,s 为渐开线参数方程的自变量。
如图2所示为参数化设计的渐开线-圆弧齿轮。
图2 渐开线-圆弧齿轮2 渐开线-圆弧齿轮承载能力分析在实际传动中,对于传统的渐开线直齿轮,当轴承相对于齿轮作不对称配置时,受载前轴没有发生弯曲变形,轮齿处于正常啮合状态;但是受载后,由于轴发生弯曲变形,使得安装在轴上的齿轮发生倾斜,那么作用在齿轮上的载荷不能沿接触线均匀分布,减小了齿轮的承载能力,并且使得传动过程中的振动噪声增大。
本文所研究的渐开线-圆弧齿轮除具有传统渐开线齿轮的一切优点外,由于对接触线进行了修形,用圆弧的齿廓接触线替代了直线,使得齿轮轴即便在载荷作用产生弯曲变形的情况下,让齿轮在一对接触圆弧间产生相对滑动,从而自动地补偿载荷沿接触线的不均匀分布;并且由于接触线长度和抗弯截面系数大于传统渐开线齿轮的,因此,前者的承载能力大于后者的;此外,渐开线-圆弧齿轮传动不产生轴向力,所以它可以代替斜齿轮和人字齿轮[1]。
如图3所示[5],为渐开线-圆弧齿轮轮齿的危险截面,F S 为危险截面处的齿厚,e 为危险截面的形心位置,b 为齿宽;轮齿凸圆弧面的半径为R ,对应的圆心角为2θ。
图3渐开线-圆弧齿轮的危险截面若作用载荷为n F ,渐开线直齿轮与渐开线-圆弧齿轮的齿宽同为b ,对于渐开线直齿轮,接触线长度即为齿宽长度,则沿齿面接触线单位长度上的平均载荷为:1n p F = /N m m (1)而对于渐开线圆弧齿轮,接触线为圆弧,则沿齿面接触线单位长度上的平均载荷为:2[2(sin )]n p F b R θθ=+- /N m m (2)由公式(1)和(2)可知,当承受相同载荷时,后者的齿面接触应力更小。
对于渐开线直齿轮,其危险截面为矩形,抗弯系数为[6]:221sin 3x F F W b S RS θ== (3)而渐开线-圆弧齿轮的形心位置e 、圆心角2θ内阴影部分的惯性矩x I 分别为:332sin [()]3(2)F F F e R R S S R S θθ=---(4) 32(8)(2)(sin cos 2sin )x F F I S R S θθθθθ=-+- (5)渐开线-圆弧齿轮的抗弯截面系数为:2max ()x x x W I y I R e ==- (6)通常情况下,21x x W W >,仅当R→∞时,0θ→,21x x W W ≈,即渐开线-圆弧齿轮弯曲应力更小,抗弯能力更强。
3 渐开线-圆弧齿轮弯曲疲劳寿命的分析齿轮传动产生振动和噪音的原因,除了轮齿的啮合刚度变化之外,再就是齿轮的啮合冲击[6]。
对于传统的渐开线直齿轮,当轴承相对于齿轮作不对称配置时,在受载后,轴发生弯曲变形使得安装在轴上的齿轮发生倾斜,那么作用在齿轮上的载荷不能沿接触线均匀分布,减小了齿轮的承载能力,并且使得传动过程中的振动噪声增大,从而减小了齿轮的弯曲疲劳寿命。
而本文的渐开线-圆弧齿轮,由于使原来的直线接触线变为圆弧接触线,从而有效改善了载荷沿接触线的不均匀分布现象,减小了振动,提高了弯曲疲劳寿命。
齿轮的弯曲疲劳失效是齿轮的主要失效形式之一,在每一次啮合过程都会有一定的疲劳损伤产生,齿轮在一次弯曲应力循环中,产生的疲劳损伤量δ为[7]:()mF δσ= (7)其中:F σ为某个弯曲应力循环的最大应力,N/mm 2;m 为齿轮弯曲疲劳S —N 曲线的指数。
F σ可以按《机械设计》[8]弯曲疲劳公式计算: /F t F a S a K F Y Y b m σ= (8)齿轮的弯曲疲劳失效作为一个随机事件,在齿轮的啮合过程中无法准确预知何时会产生弯曲疲劳失效,因此必须用随机变量来描述。
根据δ可用两个随机变量W K 和W D 描述齿轮弯曲疲劳失效事件为[7]: ()mW T F T K N σ= (9) 式中:FT σ为齿轮弯曲疲劳试验时的应力水平,N/mm 2;T N 为在应力水平FT σ作用下齿轮产生弯曲疲劳失效时的应力循环次数。
称W K 为齿轮弯曲疲劳的疲劳损伤强度,它反映了齿轮抵抗弯曲疲劳失效的能力。
()()()11L Lm m W i Fii Fi i i D n N n N σσ====∑∑ ()()0m F F F N f d σσσ∞=⎰ (10)式中:N ,L 为总的应力循环次数和弯曲疲劳应力水平的级数;Fi σ,i n 为实际弯曲应力水平及该级应力水平的实际应力循环次数;()F f σ为弯曲疲劳应力水平F σ的概率密度函数。
称W D 为齿轮弯曲疲劳的总疲劳损伤量,它反映了齿轮在啮合过程中,在某一定的循环次数内,承受弯曲疲劳应力作用时的疲劳损伤的累积总和。
由图3可知,对于渐开线-圆弧齿轮的齿宽b 为[2(sin )]b R θθ+-,由公式(8)可知,同样情况下,渐开线-圆弧齿轮的弯曲应力F σ会更小,则对于公式(7)的疲劳损伤量δ相对更小,对于公式(9)和(10)的W K 和W D 仍由弯曲应力决定,可知对于渐开线-圆弧齿轮的W K 和W D 更小,即抵抗弯曲疲劳失效的能力更大,疲劳损伤的累积总和更小。
另外,由于圆弧接触线提高了传动过程的平稳性,避免了啮合冲击,实际上也减小了齿轮因冲击而造成的齿根弯曲折断问题,提高了齿轮的寿命。
4 ADAMS 环境下的渐开线-圆弧齿轮的传动性能分析渐开线-圆弧齿轮在啮合过程中,在受载时轴产生弯曲变形,两轮可以沿齿廓接触圆弧线相对滑动,从而能有效地改善载荷沿接触线分布不均匀的现象,从而使的振动比渐开线直齿轮的更小,传动更平稳。
本文为了更好地说明经修形后的渐开线-圆弧齿轮对比传统渐开线直齿轮在传动性能上的改善。
在UG/NX 环境下分别构建渐开线-圆弧齿轮的装配模型和渐开线直齿轮的装配模型,这两组装配模型除齿形不同以外,其他参数均相同。
将装配模型转换为Parasolid 格式后,导入ADAMS 中[10[11。
首先对大齿轮和小齿轮中心分别施加旋转副;然后创建啮合点,并在啮合点处添加齿轮副;最后在小齿轮添加3000度/秒的转速。
如图4所示为渐开线直齿轮经前处理的模型,如图5所示为渐开线-圆弧齿轮经前处理的模型。
图4 渐开线直齿轮 图5 渐开线-圆弧齿轮经前处理的模型 经前处理的模型 基于建好的仿真模型进行仿真,取仿真时间为0.5s ,步长为300。
仿真结束后,启动ADAMS/Postprocessor 模块,提取相关图表进行分析。
图6所示为两组模型传动的加速度对比图,图7示为两组模型传动的速度对比图。
(b )渐开线-圆弧齿轮的加速度图 (a )渐开线直齿轮的加速度图图6 加速度对比图(b ) 渐开线-圆弧齿轮的速度图(a ) 渐开线直齿轮的速度图图7 速度对比图由以上两组图表可以看到,经修形后的渐开线-圆弧齿轮与传统的渐开线直齿轮相比较,在传动过程中,速度和加速度的变化更加平滑,说明了渐开线-圆弧齿轮的传动更加平稳,那么振动和噪声相应的会更小。
5 结论本文研究的目的是使渐开线-圆弧齿轮广泛用于高速、重载(如重型矿山、冶金机械)的齿轮传动系统中。
首先从传统的渐开线直齿轮存在的问题出发,引出修形齿轮—渐开线-圆弧齿轮,理论上阐述其在传动性能上的改善。
其次,弯曲疲劳的相关公式被推导,从而解释了对弯曲疲劳寿命的改善。
最后,通过计算机仿真验证了齿轮在传动性能上的改善。
通过本文的理论研究和仿真分析,为渐开线-圆弧齿轮的设计与优化及实际加工制造提供了理论指导。
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