航空高精度鼓形齿轮加工及齿面修形方法研究

我个人觉得应该没有那么核心，当然多数人会这么认为，基于以下几点理由：1）修形其实说白了很简单，因为齿轮再复杂只有两个方向（齿形（或称齿高）、齿向（或称齿长）），理解了这一点问题就简单了；2）修形量一般来自于经验，即使你的数据告诉别人也只能作为参考，因为应用领域不同、精度不同、制造工艺不同，而且经验数据，稍微有点差别不会影响结果；3）齿轮传动是两个以上齿轮配合，单个齿轮修形再好也无用，关键是一对齿轮综合考虑，调试很重要，如果一个齿轮不修形，用另一个修形去与之配合，这样问题会更简单，因为变量少了；4）大家的方法不同，比如齿顶修缘，有用直线的、有用圆弧的、有用抛物线的、有用二次样条曲线的，同样的量，修形的结果可能会不同；制造工艺也不同，有机加工的（滚、插、剃），有CAD造型后数控铣的、有用模具锻造的，结果也会不同；关键还是一对齿轮的配合质量，同样可以只修一个；《转》有意识地微量修整齿轮的齿面，使其偏离理论齿面的工艺措施。

按修形部位的不同，轮齿修形可分为齿廓修形和齿向修形。

齿廓修形微量修整齿廓，使其偏离理论齿廓。

齿廓修形包括修缘、修根和挖根等．修缘是对齿顶附近的齿廓修形。

通过修缘可以减轻轮齿的冲击振动和噪声,减小动载荷,改善齿面的润滑状态,减缓或防止胶合破坏。

修根是对齿根附近的齿廓修形。

修根的作用与修缘基本相同，但修根使齿根弯曲强度削弱。

采用磨削工艺修形时，为提高工效有时以小齿轮修根代替配对大齿轮修缘。

挖根是对轮齿的齿根过渡曲面进行修整。

经淬火和渗碳的硬齿面齿轮，在热处理后需要磨齿，为避免齿根部磨削烧伤和保持残余压应力的有利作用，齿根部不应磨削，为此在切制时可进行挖根。

此外，通过挖根可增大齿根过渡曲线的曲率半径，以减小齿根圆角处的应力集中。

齿向修形沿齿线方向微量修整齿面，使其偏离理论齿面。

通过齿向修形可以改善载荷沿轮齿接触线的不均匀分布，提高齿轮承载能力。

齿向修形的方法主要有齿端修薄、螺旋角修整、鼓形修整和曲面修整等．齿端修薄是对轮齿的一端或两端在一小段齿宽上将齿厚向端部逐渐削薄它是最简单的修形方法,但修整效果较差。

齿面加工方法齿面加工方法是指对齿轮等零件的齿面进行加工的工艺方法。

齿轮是机械传动中常用的零件之一，其齿面的加工质量直接影响到齿轮传动的性能和寿命。

因此，齿面加工方法的选择和掌握对于提高齿轮传动的可靠性和效率具有重要意义。

齿面加工方法主要包括滚齿加工、铣齿加工和磨齿加工等。

下面将分别对这几种齿面加工方法进行详细介绍。

滚齿加工是指利用滚刀或滚子进行齿面加工的方法。

滚齿加工具有高效、高精度和低成本的特点。

在滚齿加工中，滚刀或滚子的齿形与齿轮的齿形相同，通过滚刀或滚子的滚动运动来实现对齿轮齿面的加工。

滚齿加工可以分为外滚齿和内滚齿两种形式。

外滚齿是指滚刀或滚子从齿轮的外侧对齿面进行加工，内滚齿是指滚刀或滚子从齿轮的内侧对齿面进行加工。

滚齿加工适用于大批量生产，尤其是对于大型齿轮的加工效果更加显著。

铣齿加工是指利用铣刀进行齿面加工的方法。

铣齿加工具有灵活性强、适应性广的特点。

在铣齿加工中，铣刀的齿形与齿轮的齿形相同，通过铣刀的旋转运动和工件的进给运动来实现对齿轮齿面的加工。

铣齿加工可以分为端铣齿和齿轮铣齿两种形式。

端铣齿是指铣刀从齿轮的端面对齿面进行加工，齿轮铣齿是指铣刀从齿轮的齿顶对齿面进行加工。

铣齿加工适用于中小批量生产，尤其是对于中小型齿轮的加工比较常见。

磨齿加工是指利用磨削工具进行齿面加工的方法。

磨齿加工具有加工精度高、齿面质量好的特点。

在磨齿加工中，磨削工具的齿形与齿轮的齿形相同，通过磨削工具的旋转运动和工件的进给运动来实现对齿轮齿面的加工。

磨齿加工可以分为外磨齿和内磨齿两种形式。

外磨齿是指磨削工具从齿轮的外侧对齿面进行加工，内磨齿是指磨削工具从齿轮的内侧对齿面进行加工。

磨齿加工适用于高精度要求的齿轮加工，尤其是对于精密齿轮的加工效果更好。

除了上述的滚齿加工、铣齿加工和磨齿加工之外，还有一些其他的齿面加工方法，如剃齿加工、刮齿加工和修齿加工等。

这些加工方法在特定的情况下具有一定的应用价值。

剃齿加工是指利用剃齿刀进行齿面加工的方法，适用于小模数的齿轮加工。

一、引言鼓形齿是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种工业设备中。

其设计计算是齿轮设计中的重要环节，直接影响到齿轮的工作性能和寿命。

本文将介绍鼓形齿的设计计算方法，并通过实例进行说明。

二、鼓形齿的基本概念鼓形齿是一种圆柱齿轮，其齿形曲线为鼓形。

鼓形齿具有以下特点：1. 齿顶圆直径较小，齿根圆直径较大；2. 齿宽逐渐增大，齿根部分较宽；3. 齿面曲线为鼓形，齿根部分为圆弧形状。

三、鼓形齿的设计计算方法鼓形齿的设计计算主要包括以下几个方面：1. 齿轮参数的确定：包括齿数、模数、齿宽等参数的确定；2. 齿面曲线的绘制：根据齿轮参数和齿面曲线方程，绘制齿面曲线；3. 齿面修形：对绘制出的齿面曲线进行修形，使其符合实际制造要求；4. 齿轮的强度计算：根据齿轮的工作条件和材料强度，计算齿轮的强度；5. 齿轮的尺寸校核：对齿轮的尺寸进行校核，确保其符合设计要求。

四、实例说明以一台工业减速机为例，其传动比为15：1，输入轴转速为1500rpm，输出轴转速为100rpm 。

根据传动比和输入轴转速，可以得到输出轴转速为1500/15=100rpm。

根据输出轴转速和输出轴功率，可以计算出输出轴扭矩为：T=9550P/n=9550*10/100=955N m根据输出轴扭矩和传动比，可以计算出输入轴扭矩为：T1=T2/i=955*15=14325N m根据输入轴扭矩和输入轴转速，可以计算出输入轴功率为：P=T1*n1/9550=14325*1500/9550=2250kW根据输入轴功率和输入轴转速，可以计算出输入轴的转矩：M=P/(2πn1/60)=2250/(2π*1500/60)=572.96N m根据输入轴转矩和传动比，可以计算出输出轴的转矩：M2=M1/i=572.96*15=8594.4N m根据输出轴转矩和输出轴转速，可以计算出输出轴功率为：P2=T2*n2/9550=955*100/9550=10kW根据输出轴功率和输出轴转速，可以计算出输出轴的转矩：M2=P2/(2πn2/60)=10/(2π*100/60)=9.55N m通过上述计算，可以确定齿轮的传动比、输入轴转速、输出轴转速、输入轴扭矩、输出轴扭矩、输入轴功率和输出轴功率等参数。

重庆大学科技成果——复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备（2018年国家科技进步二等奖）成果简介：复杂修形齿轮是克服高速重载工况下力热耦合形变影响的高端齿轮，直接决定装备传动系统的振动、噪声、寿命等服役性能及其核心竞争力，广泛应用于航母、潜艇、汽车等。

针对复杂修形齿面精密制造面临全齿面修形加工存在原理误差、传统试错修调法提升加工精度困难、齿面淬硬层均匀性及纹理难以调控等问题，在国家科技重大专项、863计划等支持下，开展复杂修形齿轮精密数控加工关键技术与装备研究，成果获2018年国家科技进步二等奖。

主要取得突破和创新如下：1、提出复杂修形齿轮加工的点矢量族包络计算新理论，不用建立和求解啮合方程，以数字法替代解析法，突破啮合原理解析法无法求解奇异点、计算复杂的瓶颈；发明齿面扭曲消减方法，解决刀具廓形精确设计及原理误差消减难题，齿面扭曲减少70%以上，达国际领先。

2、发明复杂修形齿轮加工工艺系统误差调控技术，开辟齿轮修形精度提升新途径。

提出制齿机床热态精度提升技术，发明热致误差补偿方法，保证机床精度稳定；提出基于等效虚拟轴的齿面误差补偿方法，解决修形精度提升难题，提高传动精度1-2级，获中国专利优秀奖。

3、研制大规格精密数控滚齿机、精密多功能数控磨齿机、高速干切滚齿机等具有齿面扭曲消减及加工误差补偿的高端制齿机床，填补国内空白；开发集齿轮修形设计、工艺规划于一体的制齿软件，打破了国外高端机床垄断。

滚齿精度达5-6级，磨齿达3级，干切滚齿提高效率2-3倍，与同类国际先进水平相当，打破高端制齿机床垄断，迫使国外同类机床降价30%以上，并出口英、法、日等。

4、发明复杂修形齿轮滚磨一体化工艺技术，确保修形精度及表面一致性。

研制复杂修形齿轮刀具，实现齿轮刀具的数字化设计制造；研发滚磨余量协同分配、齿面柔性修形、磨削纹理优化等工艺，实现磨后齿面淬硬层均匀分布、齿面纹理可控、修形工艺快速固化，提高齿面疲劳寿命。

满足了军方供货要求，支撑我国主要舰艇齿轮加工，汽车变速箱的批量国产化提供了保障。

基于 MASTA 的风电齿轮微观修形设计马兴;周明明;贾纪云【摘要】应用先进的齿轮模拟分析软件 MASTA,对某兆瓦级风电齿轮箱的高速级齿轮进行了抗疲劳寿命计算,并对齿轮啮合情况进行了修形设计分析。

分析中考虑了主轴、箱体、轴承、轴和行星架的刚度,考虑了轴承的油隙,确认疲劳寿命满足设计要求后,通过软件给出的修形建议值并结合经验进行了齿轮的微观修形,通过修形结果确定了齿轮的修形参数。

齿轮修形大大改善了齿面接触状况,降低了齿面载荷分布及齿根弯曲应力,大大提高了齿面抗胶合能力,减小了齿轮的传递误差,降低了齿轮传动振动和噪声。

通过试验验证,证明了计算结果的准确性。

%The advanced gear simulation analysis software MASTA is used,analyse the high-speed gear of a megawatt wind power gearbox for fatigue life and gear micro modification design.Consider the stiffness of main shaft,gear box cas-ing,bearing,shaft and carrier,and the clearance of bearing,and the fatigue life meets the design requirements.The pro-posed value of the modification is given by MASTA software and experience,carry on the micro modification,and determine the gear profile modification parameters by modification result.It improves the tooth contact,the tooth root bending strength and tooth surface scuffing ability,reduces the transmission error and improves load distribution of the tooth face , and reduces vibration and noise of gear transmission.The accuracy of the results are verified by experiments.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P19-21,22)【关键词】齿轮;MASTA;微观修形;齿轮传动【作者】马兴;周明明;贾纪云【作者单位】北京南口轨道交通机械有限责任公司技术中心，北京 102202;北京南口轨道交通机械有限责任公司技术中心，北京 102202;北京南口轨道交通机械有限责任公司技术中心，北京 102202【正文语种】中文【中图分类】TH132齿轮箱是风力发电机组中关键的零部件之一，其采用的齿轮传动是一种应用广泛且具有传递效率高、结构紧凑等特点的机械传动形式，但是不可避免地存在制造和安装误差，使得齿轮传动装置的振动和噪声较大，因而出现故障较多，特别是高速级齿轮出现故障的概率最大；因此，设计出符合用户要求的齿轮箱意义重大。

齿轮齿部修形技术研究在目前我国机械行业中，齿轮传动仍是使用作广泛的传动形式，它具有速比恒定、承载能力高和传动效率高的优点，但由于不可避免的制造、安装误差的影响（以齿轮基节误差的影响等尤为突出），以及齿轮受力时的变形使齿轮基节产生变化（从动轮基节增大，主动轮基节减小），以至在齿轮传动中产生顶刃啮合现象，可对齿轮进行齿高方向修形，这就时齿轮修缘。

齿轮修缘是提高齿轮传动质量的重要措施之一，尤其对高速齿轮及高速重载齿轮传动更为重要。

二、修形原理1、齿廓修形原理在一对齿的啮合过程中，由于参与啮合的轮齿对数变化引起了啮合刚度变化，在极短的时间内，啮合刚度急剧变化将引起严重的激振，为使啮合刚度变化比较和缓，为减小由于基节误差和受载变形所引起的啮入和啮出冲击，或为了改善齿面润滑状态防止胶合发生，而把原来的渐开线齿廓在齿顶或接近齿根圆角的部位修去一部分，使该处的齿廓不再是渐开线形状，这种措施或方法就是所谓的齿廓修正（齿廓修形）。

2、齿向修形原理齿轮轴或齿轮轮齿受载后会发生弯曲及扭转弹性变形，此外，制造中的齿向误差、箱体轴承座孔的误差和受载后的变形所引起轴线不平行，以及高速齿轮因为离心力引起的变形和温差引起的热变形等，他们都会使齿面负荷沿齿宽方向发生变化，情况严重时造成载荷局部集中，引起高负荷区的齿面破坏或折断。

高速重载齿轮运转时温度较高，热弹变形更使负荷沿齿宽的分布复杂化，特别是小齿轮因转速高，温度高，热变形更为显著，其影响也更大，亦应注意，齿向修形也包括鼓形修形和齿端修形，其目的是相同的。

三、几种齿廓修形工艺方法及修形技术进展1、利用修形滚刀滚齿实现齿廓修形这种方法最为简便，无需调整计算。

只是在精滚齿时采用修形滚刀滚齿，修形滚刀本身修形是靠模法在其制造过程中实现的，修形量由滚刀设计时所采用的修形滚刀标准决定的。

2、利用磨齿机修形机构实现修形磨齿机种类很多，其修形原理也不尽相同。

现针对常用的蝶形双砂轮磨齿机和锥面砂轮磨齿机的修形方法分别介绍。

张小只智能机械工业网
张小只机械知识库航空高精度鼓形齿轮加工及齿面修形方法研究（附图）
在航空领域使用的鼓形齿轮，具有尺寸精度高、结构复杂且集成化程度高的特点，导致该类零件的加工格外困难。

文章主要介绍了基于多用途、高精度新型数控磨齿机和不可修整CBN砂轮加工鼓形齿轮的方法，研究加工过程中的齿形齿向误差分析和修正方法，填补了公司在加工小模数鼓形齿方面的技术空白。

1、概述
鼓形齿轮与直齿轮相比，以其承载能力强、角位移补偿量大、齿面啮合良好、噪声小等优点，在联轴器等民用产品广泛使用。

航空用鼓形齿轮，一般用于具有弹性要求的轴类齿轮传扭结构件上，属于关键零部件。

见图1，由于航空用鼓形齿轮的齿形轮廓特殊和尺寸精度要求高，只能用高精度数控磨齿机进行加工。

图1 鼓形齿示意图
2、齿轮加工参数设定
所使用的数控磨齿机具备四轴联动功能，具备多位置主轴和多种自动找正功能，配置西门子SINUMERIK840D系统，具备良好的人及交互界面和强大的模拟功能。

(1)基本参数设定。

输入齿数、法向模数、法向压力角、跨棒距尺寸、量棒直径、跨齿数、齿形点频率等参数。

(2)确定渐进磨削方式。

为了避免在砂轮过于锋利等原因而导致的过切现象出现，数控系统设置了特殊的渐进磨齿方式。

15个齿磨削完成后，再重新把初始
3个留有余量的齿进行最终尺寸的磨削，保证磨削精度。

SS8-Ⅱ型机车牵引齿轮的修形降噪设计汤兆平;唐帅;孙剑萍;颜力【摘要】介绍了低噪声齿轮的设计方法和准则.在分析齿轮修形原理、基本参数的确定及修形方案设计的基础上,以SS8-Ⅱ型准高速客运电力机车齿轮传动为研究实例,对其进行了齿廓修形和齿向修形设计;并通过噪声检测,发现在同样条件下,修形后的驱动装置噪声的A声级可降低6～10 dB,实现较好的降噪效果.研究将对建立修形要素与振动噪声之间的直接映射关联,探寻齿轮振动噪声的最优控制策略具有重要意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)008【总页数】6页(P201-205,253)【关键词】机车牵引齿轮;降噪;齿轮修形;修形设计【作者】汤兆平;唐帅;孙剑萍;颜力【作者单位】华东交通大学,南昌330013;华东交通大学,南昌330013;华东交通大学,南昌330013;南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司,常州213011【正文语种】中文【中图分类】TH132.41载荷作用下、齿轮传动系统变形、齿轮本身的传递误差、时变啮合刚度、热及弹性变形等诸因素共同导致的综合变形，将破坏轮齿齿廓共轭啮合传动的平衡条件，引起激烈的传动振动和噪声[1—3]。

试验结果表明：转速加倍，齿轮噪声的A声级可提高8dB，较大的齿面粗糙度可提高7 dB；当轮齿齿形存在S形、中凹齿形等误差，噪声可增加18 dB，若轮齿存在齿距误差时则可增加噪声7 dB；不合理的齿形重合系数、压力角、模数、齿宽、变位系数、齿轮直径等参数也将明显影响传动噪声。

大多数低噪声齿轮的设计方法和准则主要集中在控制和减少齿轮内部激励的来源，即啮合过程中的接触状态偏离理想状态的程度，其中最为关键的就是接触面的形状差异[4—6]。

现有实验和理论分析表明，高速、重载下，完全符合理论齿形的齿轮，其传动性能并不能达到最优[7]；而合理的轮齿形状不仅能有效地降低内部激励引起的振动和噪声，还能通过均匀齿宽载荷，改善齿面应力分布，提高承载能力，有效地减少恒定扭矩下的单位负荷。