大规格弧齿锥齿轮加工技术研究分析.doc

高性能弧齿锥齿轮承载及振动特性分析高性能弧齿锥齿轮承载及振动特性分析一、引言弧齿锥齿轮是一种重要的传动元件，广泛应用于机械设备中。

它具有传动效率高、承载能力大、工作平稳等优点，在工业领域有着重要的应用价值。

然而，在实际应用过程中，弧齿锥齿轮的使用寿命和工作性能有时会受到一些不可忽视的挑战，例如承载能力不足，振动过大等问题。

因此，对于弧齿锥齿轮的承载能力和振动特性进行分析和研究，对于提高其工作性能具有重要意义。

二、弧齿锥齿轮的承载特性分析1. 弧齿锥齿轮的基本结构弧齿锥齿轮由圆柱齿轮和锥齿轮组成，其中锥齿轮的齿面是由圆锥面组成的。

在传动过程中，锥齿轮和圆柱齿轮之间产生啮合，承载力主要由齿面间的接触行为来传递。

2. 弧齿锥齿轮的受力分析在实际工作过程中，弧齿锥齿轮会承受多种载荷，例如径向力、轴向力和周向力。

这些载荷会导致弧齿锥齿轮产生变形和应力，在一定的程度上影响弧齿锥齿轮的承载能力和工作性能。

3. 弧齿锥齿轮的承载能力分析弧齿锥齿轮的承载能力是指在一定工作条件下，它能够承受的最大载荷。

分析弧齿锥齿轮的承载能力，需要考虑到其材料性能、齿形参数、工作条件等因素。

通过建立弧齿锥齿轮的数学模型，可以计算出其承载能力，并根据实际工作条件进行验证。

三、弧齿锥齿轮的振动特性分析1. 弧齿锥齿轮的振动原因弧齿锥齿轮在工作过程中会产生振动，其主要原因包括不平衡载荷、制造误差、磨损和松动等。

这些振动会导致弧齿锥齿轮的工作不稳定，影响其传动效率和使用寿命。

2. 弧齿锥齿轮的振动特性分析方法为了分析弧齿锥齿轮的振动特性，可以采用有限元分析方法。

通过建立弧齿锥齿轮的三维模型和材料参数，可以模拟其在不同工作条件下的振动情况，并得到振动响应的频谱图。

在实际工作中，还可以采用实验方法对弧齿锥齿轮进行振动测试，获得其振动特性的实际数据。

四、弧齿锥齿轮的优化设计通过对弧齿锥齿轮的承载能力和振动特性进行分析，可以发现对其进行优化设计的一些方向。

弧齿锥齿轮关键技术一、弧齿锥齿轮加工设计与加工仿真1、弧齿锥齿轮齿坯几何设计2、弧齿锥齿轮加工参数优化设计采用最新锥齿轮研究成果，对t、被动锥齿轮进行齿形参数优化设计，以期达到降低齿根弯曲应力和齿面接触应力，进行合理的强度平衡，在正常热处理质量下达到提高齿轮副强度和表面耐久性，提高齿轮副使用寿命的目的。

优化内容包括几何计算、齿根弯曲应力计算、齿面接触应力计算、效率计算、受力计算、齿厚计算、重叠系数计算等，通过对计算结果的对比分析，择优选取最佳设计方案。

优化设计后的齿轮副与原没计齿轮副使用上互换，并尽可能使用原有毛坯，按现有生产条件进行生产。

3、弧齿锥齿轮加工仿真与齿面生成二、弧齿锥齿轮几何啮合仿真与承载啮合仿真1、弧齿锥齿轮几何啮合仿真（TCA）2、弧齿锥齿轮承载啮合仿真（LTCA）3、弧齿锥齿轮支撑系统变形及对啮合的影响三、弧齿锥齿轮强度计算（有限元分析）1、弧齿锥齿轮弯曲强度计算2、弧齿锥齿轮接触强度计算四、弧齿锥齿轮振动分析1、腹板式结构波振动的有限元建模及分析2、弧齿锥齿轮传动系统的动力学建模及分析五、弧齿锥齿轮数字化齿面的设计与制造1、弧齿锥齿轮离散数字化齿面的生成2、弧齿锥齿轮离散数字化齿面的拟合3、弧齿锥齿轮基于拟合齿面的加工参数反求六、弧齿锥齿轮实际齿面的测量与分析1、弧齿锥齿轮实际齿面的三坐标测量2、弧齿锥齿轮实际齿面的拟合3、弧齿锥齿轮实际齿面的几何啮合与承载啮合仿真4、弧齿锥齿轮基于拟合实际齿面的加工参数反求七、非标准弧齿锥齿轮的设计与制造1、非标准弧齿锥齿轮齿坯的几何设计与啮合仿真2、高强度非零变位弧齿锥齿轮的设计与制造3、高强度非对称齿形弧齿锥齿轮的设计与制造八、改进动态性能的设计与制造方法1、弧齿锥齿轮传动误差的频谱分析及对齿轮动态性能的影响2、弧齿锥齿轮传动误差与啮合印痕的综合优化设计3、弧齿锥齿轮高阶传动误差曲线的设计与加工方法九、弧齿锥齿轮主动设计及制造技术1、弧齿锥齿轮的主动设计2、基于主动设计的弧齿锥齿轮数控加工技术十、弧齿锥齿轮免调整安装技术1、弧齿锥齿轮的齿面精度设计与控制分析2、弧齿锥齿轮的啮合敏感性分析及改善敏感性的设计方法3、弧齿锥齿轮系统安装误差分析及误差分配设计方法。

大型弧齿锥齿轮齿端面开裂原因分析摘要：大型弧齿锥齿轮作为重要的传动元件，其性能和寿命直接影响着机械设备的正常运行。

然而，在长期使用过程中，常常会出现齿轮齿端面开裂现象，严重影响齿轮的使用寿命和传动效率。

本文通过文献阅读和实际案例分析，详细探讨了大型弧齿锥齿轮齿端面开裂的原因以及预防措施。

关键词：弧齿锥齿轮；齿端面开裂；失效原因；预防措施正文：1. 前言大型弧齿锥齿轮作为一种高速、高功率的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。

然而，长期以来，齿轮齿端面开裂一直是引起齿轮失效的主要原因之一，严重影响着齿轮的使用寿命和传动效率。

因此，深入分析大型弧齿锥齿轮齿端面开裂的原因，对于提高齿轮的可靠性和使用寿命具有重要的意义。

2. 齿端面开裂的形成原因分析2.1 齿面载荷过大齿轮在工作过程中承受着不同方向的载荷作用，导致齿轮齿面受到极大的变形应力，从而产生齿端面开裂。

此外，过载、振动、冲击等外力因素也会对齿轮的使用寿命造成重大影响。

2.2 齿面加工质量不良齿轮的加工精度直接关系到齿轮的质量和使用寿命。

如果齿轮的加工精度不高，齿轮在工作过程中容易发生轴向移动、受到过载作用等现象，导致齿端面开裂现象的发生。

2.3 齿轮材料强度不足齿轮的材料强度不足也是引起齿端面开裂的一个重要原因。

如果齿轮的材料强度不够，那么在工作过程中，齿轮很容易发生塑性变形或者断裂等失效现象，从而导致齿端面开裂。

2.4 齿轮表面损伤齿轮表面的损伤包括裂痕、间隙、脆化等。

这些损伤会导致齿轮受到更大的应力集中，从而导致齿端面开裂的发生。

3. 防止齿端面开裂的措施3.1 加强齿面设计齿轮的设计应尽量减少应力集中和变形，防止齿轮齿端面开裂。

此外，齿轮的载荷、速度和温度等参数应该尽量控制在合理范围内，避免齿轮失效。

3.2 提高齿轮加工精度合理的加工精度可以减少齿轮在工作过程中的应力集中，从而降低齿端面开裂的风险。

同时，齿轮应经过严格的检验和测试，确保其质量稳定与可靠性。

２０１９年３月第４７卷第５期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＭａｒ ２０１９Ｖｏｌ ４７Ｎｏ ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１９ ０５ ０１６本文引用格式：张华，李梦亚，魏冰阳，等．大重合度负传动弧齿锥齿轮的设计及承载性能分析［Ｊ］．机床与液压，２０１９，４７（５）：７２－７６．ＺＨＡＮＧＨｕａ，ＬＩＭｅｎｇｙａ，ＷＥＩＢｉｎｇｙａｎｇ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎａｎｄＬｏａｄｅｄＣａｐａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏＮｅｇａｔｉｖｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０１９，４７（５）：７２－７６．收稿日期：２０１７－１１－１４基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２０５１０９）；河南省高等学校青年骨干教师资助计划（２０１４ＧＧＪＳ⁃０５２）；河南省科技攻关计划（１７２１０２２１００３７）作者简介：张华（１９７７ ），男，博士，副教授，主要从事螺旋锥齿轮的数字化设计与制造技术研究㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｙｚｈ７１０３＠１２６ ｃｏｍ㊂大重合度负传动弧齿锥齿轮的设计及承载性能分析张华，李梦亚，魏冰阳，李聚波（河南科技大学机电工程学院，河南洛阳４７１００３）摘要：当前对于弧齿锥齿轮传动的振动㊁噪声的要求越来越高，迫切需要一种适宜于大重合度㊁平稳传动的弧齿锥齿轮设计方法㊂采用非零负变位设计可以提高弧齿锥齿轮的设计重合度，基于局部综合法进行大重合度加工参数设计，从几何设计与加工参数设计两个方面来提高弧齿锥齿轮的实际重合度，重合度的增加可以提高齿轮副的运转平稳性和承载能力㊂通过设计举例，将大重合度负变位设计与常规设计的结果进行对比：在相同的载荷下，新设计与常规设计的最大齿根弯曲应力相比，小轮减小４０ ５％，大轮减小２７ ５％，齿轮副的最大齿面接触应力减小３ ２％㊂结果表明，采用所提出的设计方法使得小轮的齿根弯曲强度有了大幅度提高，齿轮副具有更高的寿命和可靠性㊂关键词：弧齿锥齿轮；大重合度；局部综合法；性能分析中图分类号：ＴＨ１３２ ４２９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＬｏａｄｅｄＣａｐａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏＮｅｇａｔｉｖｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒＺＨＡＮＧＨｕａ，ＬＩＭｅｎｇｙａ，ＷＥＩＢｉｎｇｙａｎｇ，ＬＩＪｕｂｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬｕｏｙａｎｇＨｅｎａｎ４７１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｌｏｗｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｎｏｉｓｅｏｆｔｈｅｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒ，ｉｔｉｓｕｒｇｅｎｔｔｏｄｅｓｉｇｎａｋｉｎｄｏｆｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏａｎｄｓｍｏｏｔｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒ．Ｆｏｒｎｏｎ⁃ｚｅｒｏ⁃ｎｅｇａｔｉｖｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒ，ｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｐａｒａｍｅ⁃ｔｅｒｓｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｌｏｃａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏ．Ｂｙｇｅｏｍｅｔｒｉｃｄｅｓｉｇｎａｎｄｍａｃｈｉｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅａｃｔｕａｌｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏｏｆｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒｓｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｕｓｉｎｇａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｎｅｗｄｅｓｉｇｎｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｌｏａｄ，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｔｏｏｔｈｒｏｏｔｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｓｓｗａｓｒｅｄｕｃｅｄ４０ ５％ｆｏｒｔｈｅｓｍａｌｌｗｈｅｅｌ，２７ ５％ｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅｗｈｅｅｌ，ａｎｄ３ ２％ｆｏｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｏｏｔｈｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｇｅａｒｐａｉｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｄｅ⁃ｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｍａｋｅｓｔｏｏｔｈｒｏｏｔｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｉｍｐｒｏｖｅｇｒｅａｔｌｙ，ａｎｄｔｈｅｇｅａｒｐａｉｒｈａｓｈｉｇｈｅｒｌｉｆｅｔｉｍｅａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｉｒａｌｂｅｖｅｌｇｅａｒ；Ｌａｒｇｅｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏ；Ｌｏｃａｌｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ０㊀前言弧齿锥齿轮由于其适宜高速㊁重载的传动特性，用于农业机械装备的变速箱㊁传动箱的第一级主传动，其性能关系着整个动力传动链的质量和主机的综合性能㊂２０世纪８０年代，梁桂明等［１－３］根据弧齿锥齿轮的齿形特点，提出了 非零变位 设计思想，针对不同的工况需求，通过变位系数的选取，可以设计出不同性能特点的弧齿锥齿轮副㊂采用 非零变位 技术，可以根据齿轮副的齿形变位封闭图，针对齿轮副的设计需求选择变位系数，进行大重合度㊁高强度㊁低磨损齿轮副的设计，有针对性地进行齿轮副的几何设计和加工调整计算㊂另外，这种新齿形的弧齿锥齿轮可以用现有的设备加工［４］，易于推广㊂弧齿锥齿轮 非零变位 的设计与加工主要对齿轮副的齿形设计方面进行研究㊂何文波等［５］㊁马承文等［６］均对 非零变位 做过研究，并且取得一定的成果㊂从现有的文献资料来看，通过常规的图表和经验公式对非零变位的齿轮副进行分析，这种方法不够精确㊂这种分析是属于在假定轮齿是刚性的几何分析，齿轮副在实际承载运转的情况下存在很大差别㊂基于以上分析，当前需要采用新的分析手段，结合加工参数设计来完善 非零变位 技术，赋予该技术新的理论分析手段和齿形加工技术支持㊂当前，随着主机性能的提高，对于弧齿锥齿轮的啮合性能要求也越来越高，尤其是对于弧齿锥齿轮副啮合噪声的控制要求越来越高，行业内期望有一套完善的低噪声弧齿锥齿轮设计理论与加工方法㊂低噪声弧齿锥齿轮的设计与加工的要求应该是：齿轮副重合度大㊁强度不降低㊁齿面加工精度高㊂根据 非零变位 设计思想，对弧齿锥齿轮采用非零负变位设计，齿轮副的重合度得到提高，但随着啮合角的减小会使得齿轮副的强度降低；基于局部综合法，利用齿面二阶接触参数对接触区的可预控性，将接触路径设计成大倾斜，可以明显提高齿轮副的重合度和承载能力［７－８］，因此可用于弥补因负变位设计导致的强度降低㊂本文作者综合两种设计的优势，进行低噪声弧齿锥齿轮的几何设计与加工参数设计，增大齿轮副的设计重合度，提高弧齿锥齿轮副的承载能力㊂１㊀弧齿锥齿轮的非零负变位设计保持节锥不变分锥变位是非零变位设计的基本原理㊂在齿轮副的二维工程图中表现为变位的分锥线和节锥线不重合，分锥角改变，节锥角保持不变，变位后的轴交角保持不变；在弧齿锥齿轮的背锥处的当量齿轮上表现为：分圆和节圆分离，在各个锥顶处，分锥顶点与节锥顶点分离㊂因此，达到变位目的，当量齿轮节圆半径与分圆半径不同，若节圆半径小于分圆半径，则称之为负变位，齿轮副的传动方式称之为负传动㊂本文作者以应用于精密行星直角减速器的弧齿锥齿轮为例，通过几何设计和加工参数设计增大齿轮副的重合度，提高齿轮副的运转平稳性㊂齿轮副的几何参数见表１，以传递４８Ｎ㊃ｍ的扭矩条件下，对非零负传动设计和常规零传动设计的弧齿锥齿轮副进行几何设计对比㊁加工参数对比㊁承载接触分析对比㊂２㊀提高重合度的非零负变位几何设计非零负变位设计按封闭图选择径向变位系数，大㊁小轮的切向变位系数之和一般按照轮齿的等强度设计方法进行，并平均分配；常规设计按照格里森制有关公式和图表选择变位系数㊂表１为一对弧齿锥齿轮的几何参数，分别以非零负变位和常规格里森制进行设计的轮坯参数对比㊂弧齿锥齿轮的几何设计重合度由纵向重合度和端面重合度两部分组成㊂纵向重合度与齿轮副的齿宽㊁螺旋角㊁模数有关，根据相关计算公式可知，表１的两种设计齿轮副的纵向重合度相同㊂弧齿锥齿轮的端面重合度计算参考当量圆柱齿轮的计算方法，主要与齿轮副的啮合压力角和齿顶高系数有关，弧齿锥齿轮的端面重合度随着啮合角的减小而增大㊂根据表１可知：非零负变位设计的啮合角为２１ ７７ʎ，常规设计的啮合角为２３ ９６ʎ，非零负变位设计的总重合度比常规设计有所增加，非零负变位设计的总重合度为２ １７１，常规设计的总重合度为２ ０９７㊂根据表１的齿顶弧齿厚㊁齿根弧齿厚数据可知，非零负传动设计由于啮合角的减小，引起齿顶㊁齿根弧齿厚发生了改变，齿形要比常规零变位的齿形要 瘦弱 一些，增大了轮齿的柔性，有利于运转平稳，降低振动和噪声［９－１０］㊂表１㊀齿轮副基本几何参数对比项目非零负变位常规格里森制模数／ｍｍ３３齿数２５２５２５２５压力角／（ʎ）２０２０轴交角／（ʎ）９０９０齿面宽／ｍｍ１８１８螺旋角／（ʎ）３５３５啮合角／（ʎ）２１．７７２３．９６总重合度２．１７１２．０９７旋向右旋左旋右旋左旋径向变位系数－０．２７－０．２７００切向变位系数０．０１５０．０１５００节锥角／（ʎ）４５４５４５４５面锥角／（ʎ）４８．３７６４８．３７６４８．３６０４８．３６０根锥角／（ʎ）４１．６２４４１．６２４４１．６４０４１．６４０齿顶弧齿厚／ｍｍ２．４３０２．４３０２．３０６２．３０６齿根弧齿厚／ｍｍ６．１７１６．１７１６．５６８６．５６８３㊀提高重合度的机床加工参数设计局部综合法［１１］（ＬｏｃａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓ）是和轮齿接触分析［１２］（ＴｏｏｔｈＣｏｎｔａｃｔＡｎａｌｙｓｉｓ，ＴＣＡ）通常被用于进行弧齿锥齿轮的加工参数的设计和齿面接触区的模拟仿真㊂局部综合法以齿面局部共轭原理为基础，通过设计齿面加工参数来调整齿面的啮合性能，是当前广泛应用于螺旋锥齿轮设计与加工的理论与方法㊂根据非零负变位的齿形几何，通过建立齿面铣齿加工坐标系，构建齿面加工的数学模型，根据铣刀盘锥面与被加工齿面的展成关系，利用局部综合法推导齿面加工参数，并利用ＴＣＡ技术检验并调整齿面加工参数，由此，将非零变位技术㊁局部综合法㊁ＴＣＡ技术完整地结合在一起［１３］㊂需要特别说明的是，由于非零变位设计使得齿面的节锥与分锥分离，在利用局部综合法进行加工参数计算时，需要利用非零负变位设计得到的节锥参数［１４］㊂弧齿锥齿轮的接触路径即啮合过程在齿面上表现为一系列的点，此情况仅当轮齿假设为完全刚性时㊂㊃３７㊃第５期张华等：大重合度负传动弧齿锥齿轮的设计及承载性能分析㊀㊀㊀齿面接触印痕即在滚检和加载运行时，通过涂色层厚度和齿面接触受载变形，在瞬时接触点周围形成的接触椭圆㊂以表１中非零负变位设计的弧齿锥齿轮的大轮凸面㊁小轮凹面为例，利用局部综合法对其齿面加工参数进行接触路径大倾斜的设计，该齿面加工参数对应的传动误差如图１（ａ）所示，接触路径与根锥的夹角为２１ʎ㊂表１中常规格里森制设计的弧齿锥齿轮，对其传动误差设置如图１（ｂ）所示，接触路径与根锥的夹角为７８ʎ，通常设置其接触区集中在齿宽中点处㊂由于弧齿锥齿轮属于局部共轭接触，实际传动过程中相邻两对齿的啮合交替，应着重考查齿面的接触状况，相比前述几何计算重合度而言，这样会更好地反映齿轮副的理论啮合重合度㊂考查弧齿锥齿轮的传动误差与接触路径，如图１（ａ）大重合度设计所示，齿轮的一个齿从参与啮合到退出啮合的转角间距大约为２９ʎ，相邻两个齿的转角间距为１４ ４ʎ，二者之比即为齿轮副的理论啮合重合度约为２ ０１４；同样地，如图１（ｂ）常规设计所示，齿轮副的理论啮合重合度约为１ ２７６㊂两者对比可知，接触路径大倾斜的加工参数设计比常规设计的重合度会大幅度提高㊂以上两种设计所对应的齿面加工参数对比见表２㊂图１㊀齿轮副的传动误差与接触路径表２㊀齿轮副基本加工参数对比项目㊀大重合度设计㊀㊀常规格里森制㊀小轮凹面大轮凸面小轮凹面大轮凸面切齿刀盘直径／ｍｍ８８．２３８８．９８４．９８８８．９错刀距／ｍｍ／１．３４９／１．３６８刀齿刀号７．５７．５７．５７．５机床安装角／（ʎ）４１．６２４１．６２４１．６４４０．８２径向刀位／ｍｍ４０．３２４０．４４９３９．９３４１．５２３角向刀位／ｍｍ６３．４８－６４．１８１６３．９０－６３．１１垂直轮位／ｍｍ０．２７０１．４００水平轮位／ｍｍ０．６３０－２．２７０床位／ｍｍ－０．４１８０１．５１２０切削滚比１．４１５４４１．４１１７６１．３６９８１１１．４１１７８４　承载接触分析对比４ １㊀承载传动误差与齿面载荷分配承载接触分析（ＬｏａｄｅｄＴｏｏｔｈＣｏｎｔａｃｔＡｎａｌｙｓｉｓ，ＬＴＣＡ）是以齿轮实际承受的载荷为基础的［１５－１６］，文中作者对表１中的两对齿轮在固定载荷下进行ＬＴＣＡ对比分析㊂给定两种设计齿轮副的载荷转矩均为４８Ｎ㊃ｍ，图２（ａ）为大重合度负传动设计，图２（ｂ）为常规设计㊂该载荷下所对应的传动误差㊁齿面接触印痕㊁齿面载荷分配过程如图２（ａ）㊁２（ｂ）所示㊂由图２中可知，图２（ａ）比图２（ｂ）的传动误差幅值小，这是由于图２（ａ）的重合度比图２（ｂ）大，同时啮合的齿对数多，分担到每个齿所承担的载荷小，轮齿变形小，从而传动误差的幅值小，有利于提高齿轮副的传动平稳性㊁提高齿轮副的传动精度，有利于降低齿轮副的运转振动和噪声［１７］㊂载荷分配系数是指在齿面接触区域内的接触点上，该点所承担的载荷与齿轮副传递的总载荷之比㊂图２（ａ）由于重合度大，在全部啮合过程中载荷分配系数均小于１，即在理想状况下全部达到双齿对接触，而最大载荷出现在齿中部，载荷分配系数仅为０ ７２㊂图２（ｂ）的齿面上有多个受力点为１，说明该齿承担齿轮副的全部载荷㊂由以上对比可以说明，在传递同样的载荷条件下，大重合度的图２（ａ）齿面比图２（ｂ）齿面受力状况要好得多㊂图２㊀齿轮副的承载传动误差㊁齿面印痕与载荷分配４ ２㊀齿根应力和齿面接触应力对比利用有限元法，通过计算机仿真在相同载荷下，转矩为４８Ｎ㊃ｍ时分析两种不同设计的应力分布情况㊂大重合度负传动设计与常规设计的小轮齿根弯曲应力过程对比如图３所示；两种设计的大轮齿根弯曲㊃４７㊃机床与液压第４７卷应力过程对比如图４所示；两种设计的齿面接触应力过程对比如图５所示㊂归纳以上数值，对两种设计进行列表对比如表３所示㊂图３㊀小轮齿根弯曲应力对比图４㊀大轮齿根弯曲应力对比图５㊀齿面接触应力对比表３㊀齿根弯曲应力与齿面接触应力对比ＭＰａ项目大重合度负传动设计㊀常规格里森制㊀小轮大轮小轮大轮最大齿根弯曲应力１１０．２５１０４．５２１８５．３２１４４．１５最大齿面接触应力１１７４．７９１２１３．８５㊀㊀由以上图表可知，此例的大重合度负变位设计在同样载荷下各项应力值比常规设计都要小，符合预期大重合度设计的结果㊂在载荷相同的情况下，大重合度负传动设计相比常规设计的最大齿根弯曲应力，小轮减小４０ ５％，大轮减小２７ ５％㊂齿轮副的最大齿面接触应力减小３ ２％㊂大重合度负传动设计相比于常规设计，在相同的载荷条件下，由于重合度的增大，使得单齿承担的载荷减小，从而降低了齿根弯曲应力，大幅度提高了齿根弯曲强度；新的设计比常规设计的齿面接触应力有所降低，相差不大㊂５㊀结论在非零负变位几何设计理论的基础上，将局部综合法㊁ＴＣＡ／ＬＴＣＡ技术与之相融合，充分利用现代计算机仿真技术，在齿面加工参数设计与仿真方面对传统的非零变位理论进行有益的完善㊂本文作者利用这一思路，进行了大重合度负传动弧齿锥齿轮的设计及承载性能分析，首先对弧齿锥齿轮副进行非零负变位几何设计，然后利用局部综合法，通过设置接触路径倾斜来提高齿轮副的设计重合度，得到相应的齿面加工参数㊂通过将大重合度负传动设计与常规设计的仿真结果进行对比分析，结果表明：新设计的齿轮副的重合度大幅度提高，非常有利于增加齿轮副的运转平稳性，降低齿轮副的运转噪声；同时，新设计的齿根弯曲应力显著减小，同时齿面接触应力也有所降低，说明新的齿形与加工参数设计使得齿轮副具有更高的寿命和可靠性㊂文中所研究内容属于几何上的设计与理论上的分析，后续尚需要进行大量的台架疲劳性能实验，方可对比验证两种设计的齿轮副承载接触性能㊂所得研究结果对于实际实验的开展具有指导意义㊂文中的设计思想和举例分析，为非零变位技术赋予了新的内容和实用的设计㊁分析手段，为非零变位技术的推广应用提供了依据㊂参考文献：［１］梁桂明，邓效忠，何兆旗．新型非零传动曲齿锥齿轮技术［Ｊ］．中国机械工程，１９９７，８（１）：９７－１０１．ＬＩＡＮＧＧＭ，ＤＥＮＧＸＺ，ＨＥＺＱ．ＮｅｗＮｏｎ⁃ｚｅｒｏＴｒａｎｓｍｉｓ⁃ｓｉｏｎＣｕｒｖｅＴｏｏｔｈＢｅｖｅｌＧｅａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅ⁃ｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９７，８（１）：９７－１０１．［２］梁桂明．螺旋锥齿轮的新齿形：分锥角综合变位原理［Ｊ］．机械传动，１９８１（２）：１９－３４．ＬＩＡＮＧＧＭ．ＮｅｗＴｏｏｔｈＰｒｏｆｉｌｅｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓ：ＡＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＣｈａｎｇｅｉｎｔｈｅＡｎｇｌｅｏｆＣｏｎｅＡｎｇｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，１９８１（２）：１９－３４．［３］梁桂明．新型螺旋锥齿轮的齿形制［Ｊ］．洛阳工学院学报，１９８４，５（１）：２７－５１．ＬＩＡＮＧＧＭ．ＴｈｅＴｏｏｔｈＳｈａｐｅＭｏｄｅｌｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８４，５（１）：２７－５１．［４］张金良，方宗德，邓效忠．非零变位弧齿锥齿轮的切齿设计与分析［Ｊ］．航空动力学报，２００４，１９（５）：７３５－７４０．ＺＨＡＮＧＪＬ，ＦＡＮＧＺＤ，ＤＥＮＧＸＺ．ＴｈｅＴｏｏｔｈ⁃ＣｕｔｔｉｎｇＤｅ⁃ｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＮｏｎ⁃ＺｅｒｏＭｏｄｉｆｉｅｄＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２００４，１９（５）：７３５－７４０．［５］何文波，梁桂明．新型非零变位曲齿锥齿轮优化设计的封闭图简捷显示法［Ｊ］．洛阳工学院学报，２０００，２１（２）：３２－３４．ＨＥＷＢ，ＬＩＡＮＧＧＭ．ＡＳｉｍｐｌｅＭｅｔｈｏｄｏｆＣｌｏｓｅｄＤｉａｇｒａｍｆｏｒＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＮｏｎｚｅｒｏＭｏｄｉｆｉｅｄＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，２１㊃５７㊃第５期张华等：大重合度负传动弧齿锥齿轮的设计及承载性能分析㊀㊀㊀（２）：３２－３４．［６］马承文，牛皞，魏文峰，等．等高齿螺旋锥齿轮的设计改进［Ｊ］．洛阳工学院学报，１９９９，２０（１）：３９－４１．ＭＡＣＷ，ＮＩＵＨ，ＷＥＩＷＦ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＥｑｕａｌ⁃ＨｅｉｇｈｔＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙ，１９９９，２０（１）：３９－４１．［７］邓效忠，方宗德，杨宏斌，等．高重合度弧齿锥齿轮的强度分析［Ｊ］．航空动力学报，２００２，１７（３）：３６７－３７２．ＤＥＮＧＸＺ，ＦＡＮＧＺＤ，ＹＡＮＧＨＢ，ｅｔａｌ．ＳｔｒｅｎｇｔｈＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓｗｉｔｈＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２００２，１７（３）：３６７－３７２．［８］邓效忠，方宗德，魏冰阳，等．高重合度弧齿锥齿轮的性能分析与实验研究［Ｊ］．航空动力学报，２００３，１８（６）：７４４－７４８．ＤＥＮＧＸＺ，ＦＡＮＧＺＤ，ＷＥＩＢＹ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｅｓ⁃ｈｉｎｇＢｅｈａｖｉｏｒａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆＳｐｉｒａｌＧｅａｒｓｗｉｔｈＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｏｗｅｒ，２００３，１８（６）：７４４－７４８．［９］邓效忠，方宗德，张金良，等．弧齿锥齿轮的高重合度设计［Ｊ］．中国机械工程，２００２，１３（９）：７９１－７９５．ＤＥＮＧＸＺ，ＦＡＮＧＺＤ，ＺＨＡＮＧＪＬ，ｅｔａｌ．ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒｓｗｉｔｈＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，１３（９）：７９１－７９５．［１０］张华，邓效忠．基于局部综合法的非零正传动弧齿锥齿轮副设计［Ｊ］．农业机械学报，２００７，３８（１０）：１５０－１５３．ＺＨＡＮＧＨ，ＤＥＮＧＸＺ．Ｎｏｎ⁃ｚｅｒｏ⁃ｐｏｓｉｔｉｖｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＬｏｃａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａ⁃ｃｈｉｎｅｒｙ，２００７，３８（１０）：１５０－１５３．［１１］ＬＩＴＶＩＮＦＬ，ＺＨＡＮＧＹ．ＬｏｃａｌＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＴｏｏｔｈＣｏｎ⁃ｔａｃｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＦａｃｅ⁃ｍｉｌｌｅｄＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｒ］．ＮＡＳＡ，ＣＲ，４３４２，Ｃｈｉｃａｇｏ：ＮＡＳＡＬｅｗｉｓＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，１９９１．［１２］ＬＩＴＶＩＮＦＬ．ＧｅａｒＧｅｏｍｅｔｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｏｒｙ［Ｍ］．ＮｅｗＪｅｒｓｅｙ：ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａｌｌ，１９９４．［１３］张华，邓效忠，魏冰阳．正传动非零变位弧齿锥齿轮的设计［Ｊ］．机械传动，２００６，３０（２）：２２－２３．ＺＨＡＮＧＨ，ＤＥＮＧＸＺ，ＷＥＩＢＹ．Ｐｏｓｉｔｉｖｅ⁃ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＮｏｎｚｅｒｏ⁃ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２００６，３０（２）：２２－２３．［１４］张华，邓效忠．基于局部综合的非零变位弧齿锥齿轮切齿仿真［Ｊ］．农业机械学报，２００７，３８（５）：２０４－２０６．ＺＨＡＮＧＨ，ＤＥＮＧＸＺ．ＴｈｅＮｏｎ⁃ｚｅｒｏＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒＣｕｔｔｉｎｇＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＬｏｃａｌＳｙｎｔｈｅ⁃ｓｉｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙＦｏｒＡｇｒｉｃｕｌ⁃ｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙ，２００７，３８（５）：２０４－２０６．［１５］方宗德，杨宏斌．准双曲面齿轮弯曲应力过程的精确计算［Ｊ］．汽车工程，２０００，２２（６）：４２３－４２６．ＦＡＮＧＺＤ，ＹＡＮＧＨＢ．ＡｃｃｕｒａｔｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｉｍｅＨｉｓ⁃ｔｏｒｙｏｆＴｏｏｔｈＢｅｎｄｉｎｇＳｔｒｅｓｓｆｏｒＨｙｐｏｉｄＧｅａｒｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏ⁃ｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，２２（６）：４２３－４２６．［１６］方宗德，邓效忠．高重合度螺旋锥齿轮的设计与仿真［Ｊ］．西北工业大学学报，２００２，２０（２）：２１３－２１７．ＦＡＮＧＺＤ，ＤＥＮＧＸＺ．ＯｎＲｅｄｕｃｉｎｇＡｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆＴｒａｎｓ⁃ｍｉｓｓｉｏｎＥｒｒｏｒｏｆＨｙｐｏｉｄｏｒＳｐｉｒａｌＢｅｖｅｌＧｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２，２０（２）：２１３－２１７．［１７］邓效忠，梁桂明．大重合度锥齿轮的优化设计［Ｊ］．洛阳工学院学报学报（自然科学版），１９９３（１）：１４－１９．ＤＥＮＧＸＺ，ＬＩＡＮＧＧＭ．ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈＣｏｎｔａｃｔＲａｔｉｏＢｅｖｅｌＧｅａｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），１９９３（１）：１４－１９．（责任编辑：卢文辉）（上接第１７３页）［９］伍建军，万良琪，吴佳伟，等．考虑随机设计变量情形下的柔性铰链疲劳可靠性分析［Ｊ］．现代制造工程，２０１５（８）：１１－１４．ＷＵＪＪ，ＷＡＮＬＱ，ＷＵＪＷ，ｅｔａｌ．ＣｏｎｓｉｄｅｒＲａｎｄｏｍＤｅ⁃ｓｉｇｎＶａｒｉａｂｌｅｓＣａｓｅｏｆＦｌｅｘｉｂｌｅＨｉｎｇｅＦａｔｉｇｕｅＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５（８）：１１－１４．［１０］郭金玉，张忠彬，孙庆云．层次分析法的研究与应用［Ｊ］．中国安全科学学报，２００８，１８（５）：１４８－１５３．ＧＵＯＪＹ，ＺＨＡＮＧＺＢ，ＳＵＮＱＹ．ＳｔｕｄｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎａＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅＪｏｕｒｎａｌ，２００８，１８（５）：１４８－１５３．［１１］秦吉，张翼鹏．现代统计信息分析技术在安全工程方面的应用－层次分析原理［Ｊ］．工业安全与防尘，１９９９（５）：４４－４８．ＱＩＪ，ＺＨＡＮＧＹＰ．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｒｔｅｍｐｏｒａｒｙＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓＭｅｔｈｏｄｉｎＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｃｅｒｉｎｇ－ｔｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＡＨＰ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳａｆｅｔｙａｎｄＤｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌ，１９９９（５）：４４－４８．［１２］邓雪，李家铭，曾浩健，等．层次分析法权重计算方法分析及其应用研究［Ｊ］．数学的实践与认识，２０１２，４２（７）：９３－１００．ＤＥＮＧＸ，ＬＩＪＭ，ＺＥＮＧＨＪ，ｅｔａｌ．ＲｅａｓｅａｒｃｈｏｎＣｏｍｐｕ⁃ｔａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｓｏｆＡＨＰＷｅｉｇｈｔＶｅｃｔｏｒａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓｉｎＰｒａｔｉｃｅａｎｄＴｈｅｏｒｙ，２０１２，４２（７）：９３－１００．［１３］杜文婷．典型柔性铰链和柔顺机构疲劳性能及损伤识别研究［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１１：５１－８９．［１４］董美香．卫星光通信中快速偏转镜工作寿命特性研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０１６．（责任编辑：卢文辉）㊃６７㊃机床与液压第４７卷。

等高齿弧齿锥齿轮加工工艺研究, 青特集团有限公司/刘书隆高长宏等高齿弧齿锥齿轮工艺研究随着我国公路条件的改善，物流行业对车辆性能要求的变化，重型载货汽车车桥齿轮正向作高载荷、大转矩、轻量化、低噪声、宽速比、长寿命和低成本的方向发展。

而单级减速的等高齿轮弧齿锥齿轮更因为传动效率高、承载能力大、成本低、油耗低而成为当今重型汽车后桥齿轮的发展趋势。

我公司为此开发了各种系列的小速比、大转矩的弧齿锥齿轮，以469型号为例，相应的延伸速比就有8:37、9:37、10:37、11:37、12::37、13:37等。

随着主动齿轮齿数的增加，在保证输出转矩不变的前提下，输入转矩随之增加，这对主动齿轮的强度有了更高的要求。

因此，在齿轮材料选取时，从材料性能、制造成本、原材料价格等方面综合考虑，主、从动齿轮均采用22CrMoH。

毛坯质量控制22CrMoH属于Cr―Mo系高强度齿轮钢，相当于日本牌号SCM822H，化学成分见表1。

C元素与合金元素含量偏高，其淬透性和带状组织不易控制。

在奥氏体化条件一定的条件下，淬透性取决于钢的含碳量和合金化程度;合金元素偏析产生的枝晶偏析，以及碳元素分布的不均匀，在连铸坯轧制和热处理后分别形成一次带状和二次带状。

表1 22CrMoH钢的化学成分 (质量分数/%)C Si Mn P S Cr Mo Cu 0.19,0.25 0.17,0.37 0.55,0.9 ?0.03 ?0.0350.85,1.35 0.35,0.45 ?0.3为保证齿轮表面高的耐磨性和疲劳强度;心部有高的综合力学性能和抗冲击能力;齿根有高的抗弯曲疲劳的能力，需要严格控制毛坯质量。

由于各钢厂原材料、冶炼工艺、合金成分添加量等的不同，生产22CrMoH材料性能存在很大差异。

选用时，应充分考虑其淬透性、渗碳层塑性、回火尺寸稳定性、过热敏感性、防变形开裂倾向、高的冲击韧性等，并对其化学成分、含氧量、夹杂物、低倍组织、晶粒大小、淬透性、带状组织等进行严格控制。

弧齿锥齿轮加工原理简明讲义
1.弧齿锥齿轮的几何参数
2.加工工艺
设计：根据实际的传动需求和工艺要求，确定弧齿锥齿轮的几何参数和加工方案。

车削：首先，将原材料铸件的外形车削成近似的锥面形状。

然后，使用设备上的特殊刀具，分多次进行精细车削，逐步接近设计要求的锥面形状。

车削过程需要注意锥面的角度和平面度的控制。

齿面磨削：在车削完成后，需要对齿面进行磨削，以提高弧齿锥齿轮的精度和平稳性。

通常使用专用的磨削机床和磨削刀具来完成此过程。

磨削过程需要准确控制磨削刀具和齿轮的位置和相对运动，以确保磨削后的齿面符合设计要求。

齿面淬火：淬火是提高弧齿锥齿轮齿面硬度和耐磨性的重要方法。

在齿面磨削完成后，通过加热和快速冷却的方式，使齿面达到所需的硬度。

淬火后需要进行回火处理，以减轻淬火过程中可能产生的内应力和脆性。

3.加工工艺控制
为了保证弧齿锥齿轮的加工质量和精度，需要进行工艺控制。

主要包括锥面加工角度的控制、齿面加工参数的控制、齿面磨削刀具和设备的选择等。

此外，加工过程中还需进行必要的检测和调整，以确保加工精度的达标。

总之，弧齿锥齿轮的加工原理是通过设计和加工工艺来实现的。

通过准确控制各个环节的参数和工艺操作，可以获得满足设计要求的弧齿锥齿
轮。

加工过程需要注意各个环节的控制和调整，以确保加工质量和精度的达标。

精密弧齿锥齿轮的制造[摘要]弧齿锥齿轮具有传动平稳及承载能力强等优点，精密弧齿锥齿轮切削加工，轮坯必须是精密的，机床调整应该正确，同时所用的刀具及工件夹紧装置也要符合要求，才能保证切齿精度，但是，切齿后的热处理及安装表面的磨削等工序对成品齿轮精度的影响也很重要，因此说，研究精密弧齿锥齿轮制造技术是非常必要的。

本文就精密弧齿锥齿轮的制造方法等制造过程，精度控制方法及加工设备做了比较系统的论述。

【关键字】弧齿锥齿轮；切齿；精密刨齿机一、引言弧齿锥齿轮是发动机的传动系统，它具有传动平稳、噪音小、传动效率高、寿命长等特点，使用寿命是链条传动的三倍以上。

由于弧齿锥齿轮是飞机发动机中的主要传动件，尺寸精度要求很高，转速在5500转/分。

由于转速高，如果尺寸精度保证不了，势必将引起传动噪音，它是用户比较敏感的问题，影响弧齿锥齿轮制造精度的因素又很多，必须逐项研究分析，经过生产实践、工艺试验、技术攻关、工装改进、摸索热处理变形规律等，现生产的弧齿锥齿轮在性能及尺寸精度方面已满足设计要求。

二、精密弧齿锥齿轮的加工方法（一）工件夹紧装置在切削质量高的弧齿锥齿轮时，所用的齿轮夹紧装置起到了重要的作用，因为当工件夹紧装到机床上，实际上它已成为主轴的一部分了。

机床主轴孔是莫氏椎体，芯轴装入主轴孔时，应轻轻推入，芯轴端面与主轴端面间隙应在0.05mm----0.2mm之间。

芯轴设计时应考虑到以下几个重要因素：刚性、同轴度、尺寸精度及齿轮夹持力均匀，一般夹紧装置装到机床上时，径向及轴向定位面的跳动应在0.01mm 以内。

芯轴制造时应与主轴锥度一致，接触面应达到75%。

芯轴装好后，端面振摆允差0.01mm，径向振摆允差0.015mm。

（二）切齿调整1.调整分齿挂轮分别用单分齿法和双分齿法进行计算2.调整刨刀冲程数3.调整进给挂轮一般飞机发动机的锥齿轮都属于小模数齿轮，我们用双重双面法，在弧齿机上加工，即：一对齿轮副的大轮和小轮，两齿面都是用双面刀盘，从实体齿坯上一次精加工出来，此方法生产效率较高。

大型弧齿锥齿轮制造工艺设计
首先，我们需要确定大型弧齿锥齿轮的工艺参数。

这些参数包括模数、齿数、压力角、齿轮材料等。

这些参数将直接影响齿轮的性能和使用寿命。

其次，我们需要进行齿轮的设计计算。

这包括计算齿轮的齿根强度、
齿面强度、齿面接触强度等。

这些计算需要遵循相关的标准和规范，并考
虑齿轮的使用条件和要求。

然后，我们需要进行大型弧齿锥齿轮的加工工艺设计。

根据齿轮的尺
寸和要求，选择合适的加工方法和设备。

常用的加工方法包括铣齿、磨齿、滚齿等。

需要注意的是，由于大型弧齿锥齿轮的尺寸较大，加工难度较大，可能需要特殊的加工设备和工艺。

加工工艺设计完成后，我们需要进行齿轮的热处理。

由于大型弧齿锥
齿轮的工作条件较为恶劣，需要具有较高的硬度和耐磨性。

常用的热处理
方法包括正火、淬火、渗碳等。

我们需要根据齿轮的材料和设计要求选择
合适的热处理方法。

最后，我们需要进行大型弧齿锥齿轮的精加工和检测。

精加工是为了
改善齿轮的精度和表面质量，常用的方法包括研磨、超精磨等。

同时，我
们还需要进行齿轮的尺寸和形位公差的检测，确保齿轮的质量符合设计要求。

总之，大型弧齿锥齿轮的制造工艺设计涉及到很多方面，包括工艺参
数确定、设计计算、加工工艺设计、热处理、精加工和检测等。

各个环节
都需要仔细考虑和设计，以确保齿轮的质量和性能满足使用要求。

第55卷第3期20213Vol.55No.3Mr2021西安交通大学学报JOURNAL OF XI'AN JIAOTONG UNIVERSITY大重合度弧齿锥齿轮设计与分析苏进展，魏刚，杨羽，常乐浩，郭家舜(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室,710064,西安)摘要：为改善弧齿锥齿轮啮合性能，提出一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计方法。

预置沿齿长的接触路径和对称抛物线传动误差，以大轮作为假想插齿刀，共匏展成小轮辅助齿面；先计算沿接触路径的齿面修形量,再根据轻载的弹性变形量和接触椭圆长半轴，计算出沿接触线齿面网格的修形量，将两者叠加到小轮辅助齿面上获得小轮目标齿面；借助遗传算法求解目标齿面所对应的小轮加工参数。

通过算例表明，将接触路径设计为沿齿长方向能够获得大重合度，且重合度仅与齿宽有关，沿齿宽中线的接触路径能够获得更好的啮合性能，避免过早发生边缘接触；齿面印痕沿齿向分布，避免内对角接触，减小齿面相对滑动速度，且在安装误差作用下，齿面印痕沿着齿高方向移动。

关键词：弧齿锥齿轮；大重合度；齿面印痕；滑动速度；齿面修形中图分类号：TH132文献标志码：ADOI：10.7652/xjtuxb202103014文章编号:0253-987X(2021)03-0117-09OSID Design and Analysis of Spiral Bevel Gears with Large Contact RatioSU Jinzhan,WEI Gang,YANG Yu,CHANG Lehao,GUO Jiashun (Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment of MOE,Chang'an University,Xi'an710064,China) Abstract:In order to improve the meshing performance of spiral bevel gears,this paper proposes adesign me#hodoflargecon#ac#ra#io wi#hcon#ac#pa#halong#oo#h wid#h.Theauxiliary#oo#h surfaceofpinionisgenera#ed byusing#he wheel as#he imaginaryshaping and prese ing#he symme#ricparabolicfunc#ionof#ransmissionerror.Themodificaionalongcon#ac#pa#hisfirs#ly calcula#ed,and#hen#he modifica#ionofgridpoin#son#he#oo#hsurfacealongcon#ac#linesis ob#ainedaccording#o#heelas#icdeformaionunderligh#-loadcondi#ionand#hemajorsemi-axisof #hecon#ac#e l ipse,superimposingbo#h modifica#ionson#heauxiliary#oo#hsurfaceofpinion#o ob#ain#he#arge##oo#hsurfaceof#hepinion.Fina l y,#hemachine-#oolse#ingscorresponding#o #he#arge##oo#hsurfaceof#hepinionaresolvedby#hegene#icalgori#hm.Thenumericalexample shows#ha#a large con#ac#ra#io can be ob#ained bydesigning#he con#ac#pa#h along#he#oo#h width,and the contact ratio is only related to the tooth width；the contact path along mid line of #oo#hwid#hprovidesbe#er meshingperformance#hanalongpi#chline,whichcanavoidearly edgecon#ac#.The#oo#hcon#ac#pa#ernisdis#ribu#edalong#he#oo#h wid#hdirec#ion,soas#o avoidin#ernaldiagonalcon#ac#andreduce#herela#iveslidingveloci#ybe#ween#hemeshing#oo#h surfaces,#he#oo#hcon#ac#pa#ernmovesalong#oo#hheigh#direc#ionunder#heassembleerrors.Keywords:spiral bevel gears；large contact ratio；tooth contact pattern；relative velocity；tooth su<facemodification收稿日期：2020-09-22#作者简介：苏进展(1982—),男，副教授。

航空事业的健康稳定发展，是我国现代化经济建设水平提升的重要体现。

然而，现有航空战斗机应用的发动机功率无法满足设备运行稳定性需求，这就在一定程度上阻碍了行业发展速度。

为改善此问题现状，研究人员应加大大功率弧齿锥齿轮的应用分析，即通过设计技术手段，对齿轮运行效率进行优化控制。

这样一来，设计技术运用就能以针对性与可持续状态作用于发动机齿轮运行环境，进而满足大功率使用条件的需求。

1 研究大功率弧齿锥齿轮设计技术的现实意义当前阶段，由于弧齿锥齿轮的运用具有承载能力强与传动平稳的特点，因此，是航空发动机传动系统的重要组成部分。

然而，受市场环境的多元化发展影响，战斗机对发动机运行功率提取量需求不断增加。

此情况下，发动机因自身总体结构尺寸的限制，难以有效控制高压轴与轴承腔内的弧齿锥齿轮承载能力，这就降低了弧齿锥齿轮作用的稳定性。

究其原因，弧齿锥齿轮的几何形状非常复杂，作为空间超越曲面，其齿轮啮合属点接触。

为此，研究人员应将其局部共轭点接触特性与弧齿锥齿轮齿面空间超越曲面形状的承载力控制，作为科研重点。

即通过分析载荷分配、齿根弯曲应力有限元以及齿面接触部位的应力和大小情况，采用具有针对性的设计技术来提高设施运行效率与可靠性。

此过程中相关人员应对大功率弧齿锥齿轮设计技术的应用要点进行明确，以使后续的计算分析达到预期[1]。

2 大功率弧齿锥齿轮设计技术的应用要点研究表明，要想提高大功率弧齿锥齿轮的承载能力，应通过运用高强高性能的齿轮材质，以使其满足航空发动机设施的高稳定性需求。

这里的齿轮材质应结合设施环境采用新型耐高温、高韧性以及高强度的不锈齿轮钢。

经分析统计，采用上述新型材料后，不仅将抗拉强度提升了40%，还使断裂韧度超出了传统齿轮材料使用效果的1倍。

此外，齿轮承载能力的提升还应将螺旋角设置为35°，以规避直齿锥齿轮的使用承载局限[2]。

对于齿面抗胶合能力的控制，设计技术人员应采用齿面镀银处理措施来降低传动噪声所带来的负面影响。

旋回破碎机主传动弧齿锥齿轮的设计与加工袁志高【摘要】旋回破碎机主传动弧齿锥齿轮副的大轮在工作过程中,其轴线绕一固定轴线做偏心回转运动,造成大、小轮之间的相对位置在工作过程中时刻发生变化.为了确定合理的齿轮副基本几何参数以及切齿加工的机床调整参数,将齿轮副的工作位置设定为8种情况,并计算了相对应的V-H变化量(V代表与大小轮轴线相垂直的方向;H代表小轮轴线的方向).运用锥齿轮设计分析专用软件,根据8种情况的V-H变化量,确定了齿轮副的侧隙值;通过修改齿面的一阶和二阶修形参数,并结合齿面接触分析和齿面加载接触分析的结果,确定了合理的齿轮加工机床调整参数.基于设计计算结果所加工的齿轮副已应用于国产旋回破碎机,完全满足实际工程的需求.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】4页(P158-160,163)【关键词】旋回破碎机;弧齿锥齿轮;机床调整参数【作者】袁志高【作者单位】湖南南方宇航高精传动有限公司,湖南株洲 412002【正文语种】中文【中图分类】TG860 引言旋回破碎机是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，进而粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械[1-5]，如图1所示。

装有破碎锥的主轴，其上端支承在横梁中部的衬套内，其下端则置于偏心轴套的偏心孔中。

主传动弧齿锥齿轮副的大轮安装在偏心轴套上，因此当弧齿锥齿轮副的小轮驱动大轮并带动轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动，其破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机。

由于破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动，因此在旋回破碎机工作过程中，与偏心轴套固连的弧齿锥齿轮副的大轮，其轴线同样绕机器中心线作偏心回转运动，这就造成了齿轮副的大、小轮在工作过程中，其相对位置时刻发生变化。

为了保证弧齿锥齿轮副的正常工作，需保证其在不同工作位置时都要有合理的侧隙，避免齿面的卡死。

此外，还应保证在不同工作位置时，齿面啮合接触区都位于齿面内，不能产生边缘接触，避免轮齿的受载折断。

大规格弧齿锥齿轮加工技术研究分析引言随着我国石油、矿山、冶金、船舶、煤炭、电力等行业主机设备日趋大型化、高精度化，对直径在800 mm以上的高精度硬齿而弧齿锥齿轮的需求量越来越大。

由于弧齿锥齿轮齿而拓扑结构的复杂性，传统的弧齿锥齿轮加工技术必须采用专用型盘状铣刀在专用的机械式或数控型弧齿锥齿轮加工机床上进行齿而展成。

由于加工原理的限制，这种传统的切齿理论要求专用盘铣刀的直径与被加工齿轮直径基本相当，从而导致采用传统展成理论在加工大规格弧齿锥齿轮时会遭遇严重的问题:刀具和机床制造困难，加工费用昂贵。

随着自由曲而数控加工技术的发展，开始了采用小直径刀具加工大型弧齿锥齿轮的研究，主要采用的刀具包括球头铣刀、圆柱和圆锥侧铣刀等小直径指状刀具，以及小直径盘铣刀。

这种加工方法采用的刀具尺寸小、结构简单，而且避免采用专用型高刚性齿轮加工机床，具有更好的通用性，能够充分发挥数控机床的加工能力。

然而球头铣刀包络齿而加工效率较低，而侧铣刀则很容易导致切削颤振，小直径盘铣刀包络齿而可以较好的解决球头铣刀和指状侧铣刀的问题，但要求研究者兼有齿轮理论、包络技术和加工干涉处理的能力。

本文回顾了近年来大规格弧齿锥齿轮加工方法的研究进展，在分析和总结各种方法优缺点的基础上，指出了当前研究的不足和发展方向。

1传统加工方法传统的弧齿锥齿轮加工采用专用盘形铣刀在铣齿机上进行，由机床的摇台机构模拟一个假想的齿轮，安装在机床摇台上的刀盘切削而是假想齿轮的一个轮齿。

当被切齿轮与假想齿轮以一定的传动比绕各自的轴线旋转时，刀盘就会在工件轮坯上切出一个齿槽。

齿轮的切削过程就像一对齿轮的啮合过程一样，刀盘切削而与被加工的轮齿曲而完全共扼。

Gleason公司早期基于局部共扼原理而发展并逐步完善的切齿技术齿轮巨匠Litvin教授提出的局部综合法，以及西安交通大学王小椿教授提出的三阶接触分析理论回，都是应用于采用专用盘铣刀在机械式带摇台的切齿机床加工弧齿锥齿轮的理论和方法。

弧齿锥齿轮基础知识一、弧齿锥齿轮的种类、特点锥齿轮用于传递相交轴之间的运动和动力，一般夹角为90°。

锥齿轮的分类可以按齿面节线、按两轴线相对位置、按齿顶的收缩形式等不同方法。

锥齿轮按齿线形状可以分为直齿、斜齿和曲线齿。

曲线齿又可以分为弧齿、延伸外摆线齿和长幅渐开线齿。

圆弧齿锥齿轮，其轮齿是用圆形盘铣刀切制的，工件的假想平面齿轮的节线为圆弧的一部分。

（图1-1）（图1-1）延伸外摆线齿锥齿轮，齿面节线是延伸外摆线的一部分。

当一个圆在一条直线上无相对滑动的纯滚动时，圆的一点相对于此直线所走的轨迹叫做摆线，这个作纯滚动的圆叫“滚动圆”，如果滚动圆沿着一个叫做“基圆”的内圆周作纯滚动时，滚动圆上一点的轨迹叫做“内摆线”；滚动圆在基圆的外侧圆周作纯滚动时，滚动圆上一点的轨迹叫做“外摆线”。

如果在外摆线滚动圆外有一任一点与滚动圆相（图1-2）对固定，该点相当于滚动圆延长半径上的一点，当滚动圆在基圆上作纯滚动时，该固连的点所走过的轨迹叫做“延伸外摆线”，延伸外摆线锥齿轮的假想平面齿轮齿面节线就是该曲线的一部分。

（图1-2）准双曲线齿轮用于传递交错轴之间的运动和动力。

按齿线可以分为弧齿收缩齿和长幅外摆线等高齿。

该类齿轮相当于把垂直相交轴的小齿轮轴线，向上或者向下偏置一个距离E，这个距离叫做“偏置距”，轴线偏置可以使小轮有较大的螺旋角,由于小轮螺旋角的增大，也增大了小轮的端面模数，从而也增大了小轮直径，并提高了小轮的强度和寿命。

这种齿轮（图1-3）沿齿长和齿高方向都存在相对滑动、轴线偏置齿轮一般称为“双曲线齿轮”，因为这种齿轮的节面为一双曲线回转体表面的一部分。

（图1-3）按齿顶的收缩形式不同，曲线齿锥齿轮可以分为等高齿、渐缩齿、双重收缩齿等。

等高齿锥齿轮的大端、小端的齿高一样，同时面角、根角和节角均相等，刀齿的压力角等于工件的压力角。

切制等高齿锥齿轮的机床调整简便，因为不需要切削刀具的压力角修正，刀具的数量可以大大减少，加工出来的工件精度高。

弧齿锥齿轮参数化设计及啮合传动规律研究的开题报告一、课题背景弧齿锥齿轮是传动系统中常用的主动齿轮，其具有高效、稳定、安全等优点。

在工程设计中，弧齿锥齿轮的参数化设计是非常重要的，能够减小设计误差、缩短设计时间、提高设计效率、降低制造成本。

同时，弧齿锥齿轮的啮合传动规律研究也是非常必要的，能够更好地了解啮合过程中的力学特性和动态特性，为优化设计和提高传动效率提供依据。

二、研究内容本课题的主要研究内容包括：1. 弧齿锥齿轮的参数化设计方法研究：对弧齿锥齿轮的齿面参数进行分析，建立基于数学模型的参数化设计方法，实现针对不同传动需求的设计。

2. 弧齿锥齿轮啮合传动规律的理论分析：通过力学分析和数学建模方法，研究弧齿锥齿轮在啮合过程中的力学特性和动态特性，分析其影响因素和规律。

3. 弧齿锥齿轮啮合传动规律的实验研究：结合实验验证，采用传感器等测试设备，对弧齿锥齿轮啮合传动过程中的力学和动态特性进行测试，验证理论分析的正确性和可靠性。

三、研究意义弧齿锥齿轮作为传动系统中主要的齿轮之一，在各种工业领域中都得到了广泛应用。

本课题的研究成果有以下几个方面的意义：1. 提高弧齿锥齿轮设计的准确性和效率，实现定制化设计。

2. 深入了解弧齿锥齿轮的力学特性和动态特性，为传动效率的提高提供科学依据。

3. 基于理论分析和实验验证，进一步发掘弧齿锥齿轮的潜在应用价值。

四、研究方法本课题主要采用以下方法：1. 建立弧齿锥齿轮的数学模型和参数化设计方法，实现对齿面参数的计算、优化和控制。

2. 采用力学分析、数学建模和计算机仿真等方法，深入研究弧齿锥齿轮的啮合传动机理和规律。

3. 结合实验验证，采用传感器等测试设备，对弧齿锥齿轮啮合传动过程中的力学和动态特性进行测试，验证理论分析的正确性和可靠性。

五、预期成果本课题的预期成果如下：1. 建立弧齿锥齿轮的数学模型和参数化设计方法，实现对齿面参数的计算、优化和控制。

2. 分析研究弧齿锥齿轮的啮合传动规律和机理，得出重要结论和数据。