CN104565289B - 大齿向修形量齿轮的设计方法及大齿向修形量齿轮 - Google Patents

Abstract

一种大齿向修形量齿轮的设计方法及大齿向修形量齿轮，基于设定的基础齿轮模型的参数和齿向修形量,按条件确定大齿向修形量齿轮的设计参数，确定未修形前的大齿向修形量齿轮的第一未修形齿轮模型和第二未修形齿轮模型的齿面，对第一未修形齿轮模型和第二未修形齿轮模型的齿面进行齿向修形，获得大齿向修形量齿轮，使得左右齿面一侧齿向修形量为0，另一侧齿向修形量为|d‑c|，从而避免由磨齿量大而产生齿面硬度降低、磨齿凸台和齿面层深不够等缺陷，提高齿轮可靠性。

Description

大齿向修形量齿轮的设计方法及大齿向修形量齿轮

技术领域

本发明涉及一种大齿向修形量齿轮的设计方法及大齿向修形量齿轮，尤其适用于齿面啮合错位量大的悬臂安装的硬齿面渐开线圆柱齿轮中的大齿向修形量齿轮的设计方法及大齿向修形量齿轮。

背景技术

铁路机车牵引齿轮及工程机械领域经常使用到主动齿轮悬臂安装啮合传动，这种结构简单可靠，但是随着机车牵引吨位的逐年提升，牵引齿轮的啮合错位量越来越大，为了齿面均载势必增加齿轮的修形量。传统的设计和加工方法是首先设计出具有恒定变位系数和公法线的基本齿面，然后进行齿向修形设计，加工时通过滚齿实现基本齿面，热处理后通过磨齿实现齿向修形，过大的修形量使得齿面磨削量增加，带来的负面影响是齿面硬度降低、磨齿凸台和齿面层深不够，这些均是行业内公认的降低齿轮强度及寿命的主要危害因素。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够减少齿轮的齿向磨削修形量，从而避免由磨齿量大而产生齿面硬度降低、磨齿凸台和齿面层深不够等缺陷的大齿向修形量齿轮的设计方法。

本发明的第二目的是提供一种大齿向修形量齿轮。

实现上述第一目的的技术方案为：一种大齿向修形量齿轮的设计方法，包括:

(a)设定基础齿轮模型的设计参数：齿数z₁、模数m₁、齿宽b₁、压力角α₁、变位系数x₁；所述方法还包括:

(b)基于设定的基础齿轮模型的设计参数，确定基础齿轮模型的齿面，所述基础齿轮模型的分度圆圆柱面和左齿面的交线标记为型线AF，基础齿轮模型的分度圆圆柱面和右齿面的交线标记为型线BG，所述基础齿轮模型的公法线为W₁；W₁按如下公式Ⅰ和Ⅱ计算：

W₁＝m₁cosα₁·[π(k₁-0.5)+z₁·invα₁]+2x₁m₁sinα₁(Ⅰ)，

公式Ⅱ中，k₁值按四舍五入取整数；

(c)设定所述基础齿轮模型的左、右齿面的齿向修形量，其中左齿面的齿向修形量为c，右齿面的齿向修形量为d；

(d)基于设定的基础齿轮模型的参数和齿向修形量,按以下条件确定大齿向修形量齿轮的设计参数：齿数z＝z₁、模数m＝m₁、齿宽b＝b₁和压力角α＝α₁，所述大齿向修形量齿轮的上端面齿形的变位系数x＝x₁，公法线W＝W₁，所述大齿向修形量齿轮距上端面距离为a处截面齿形的变位系数为x_a、所述大齿向修形量齿轮距上端面距离为a处截面齿形的公法线为W_a，其中的x_a和W_a按如下公式Ⅲ～Ⅷ计算；

当c＜d，x_a和W_a分别按公式Ⅲ、公式Ⅳ计算：

当c≥d，x_a和W_a分别按公式Ⅴ、公式Ⅵ计算：

其中,s₁按公式Ⅶ计算，W按公式Ⅷ计算：

W＝W₁ (Ⅷ),

(e)基于(d)步骤设定的设计参数，确定未修形前的大齿向修形量齿轮的第一未修形齿轮模型和第二未修形齿轮模型的齿面：

当c＜d时，未修形前的大齿向修形量齿轮为第一未修形齿轮模型，与所述大齿向修形量齿轮的设计参数对应的未修形前的第一未修形齿轮模型的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AD，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BH；此时，左齿面的齿向修形量变为0，右齿面的齿向修形量变为d-c；

当c≥d时，未修形前的大齿向修形量齿轮为第二未修形齿轮模型，与所述大齿向修形量齿轮的设计参数对应的未修形前的第二未修形齿轮模型的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AI，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BE；此时，左齿面的齿向修形量变为c-d，右齿面的齿向修形量为零；

(f)对(e)步骤确定的未修形前的大齿向修形量齿轮的第一未修形齿轮模型和第二未修形齿轮模型的齿面进行齿向修形，获得大齿向修形量齿轮：

当c＜d时，所述未修形前的大齿向修形量齿轮的第一未修形齿轮模型的左齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线AD不变；对右齿面进行齿向修形，齿向修形量为d-c，齿向修形后，型线BH变为型线BE；

当c≥d，对所述未修形前的大齿向修形量齿轮的第二未修形齿轮模型的左齿面进行齿向修形，齿向修形量为c-d，齿向修形后，型线AI变为型线AD；右齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线BE不变。

为了实现上述第二目的，根据上述大齿向修形量齿轮的设计方法所设计的大齿向修形量齿轮。

本发明的有益效果有：设计时改变齿轮的变位系数和公法线，使齿轮的基本齿面与传统设计基本齿面偏离，使左右齿面其中一侧磨齿齿向修形量降为0，另一侧磨齿齿向修形量降为|d-c|，能够减少齿轮的齿向磨削修形量，从而避免由磨齿量大而产生齿面硬度降低、磨齿凸台和齿面层深不够等缺陷。

附图说明

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是大齿向修形量齿轮齿形的三维示意图；

图2是大齿向修形量齿轮2的未修形前的第一未修形齿轮模型3‐1的三维示意图；

图3是大齿向修形量齿轮2的未修形前的第二未修形齿轮模型3‐2的三维示意图；

图4是基础齿轮模型1的齿形轴向截面示意图；

图5是大齿向修形量齿轮2的一种齿形在分度圆处的轴向截面示意图；

图6是大齿向修形量齿轮2的另一种齿形在分度圆处的轴向截面示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6所示，本发明的一种大齿向修形量齿轮的设计方法，包括:

(a)设定基础齿轮模型1的设计参数：齿数z₁、模数m₁、齿宽b₁、压力角α₁、变位系数x₁；所述方法还包括:

(b)基于设定的基础齿轮模型1的设计参数，确定基础齿轮模型1的齿面，所述基础齿轮模型1的分度圆圆柱面和左齿面的交线标记为型线AF，基础齿轮模型1的分度圆圆柱面和右齿面的交线标记为型线BG，所述基础齿轮模型1的公法线为W₁；W₁按如下公式Ⅰ和Ⅱ计算：

W₁＝m₁cosα₁·[π(k₁-0.5)+z₁·invα₁]+2x₁m₁sinα₁(Ⅰ)，

公式Ⅱ中，k₁值按四舍五入取整数；

(c)设定所述基础齿轮模型1的左、右齿面的齿向修形量，其中左齿面的齿向修形量为c，右齿面的齿向修形量为d；

(d)基于设定的基础齿轮模型1的参数和齿向修形量,按以下条件确定大齿向修形量齿轮2的设计参数：齿数z＝z₁、模数m＝m₁、齿宽b＝b₁和压力角α＝α₁，所述大齿向修形量齿轮2的上端面齿形的变位系数x＝x₁，公法线W＝W₁，所述大齿向修形量齿轮2距上端面距离为a处截面齿形的变位系数为x_a、所述大齿向修形量齿轮2距上端面距离为a处截面齿形的公法线为W_a，其中的x_a和W_a按如下公式Ⅲ～Ⅷ计算；

当c＜d，x_a和W_a分别按公式Ⅲ、公式Ⅳ计算：

当c≥d，x_a和W_a分别按公式Ⅴ、公式Ⅵ计算：

其中,s₁按公式Ⅶ计算，W按公式Ⅷ计算：

W＝W₁ (Ⅷ),

(e)基于(d)步骤设定的设计参数，确定未修形前的大齿向修形量齿轮2的第一未修形齿轮模型3‐1和第二未修形齿轮模型3‐2的齿面：

当c＜d时，未修形前的大齿向修形量齿轮2为第一未修形齿轮模型3‐1，与所述大齿向修形量齿轮2的设计参数对应的未修形前的第一未修形齿轮模型3‐1的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AD，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BH；此时，左齿面的齿向修形量变为0，右齿面的齿向修形量变为d-c；

当c≥d时，未修形前的大齿向修形量齿轮2为第二未修形齿轮模型3‐2，与所述大齿向修形量齿轮2的设计参数对应的未修形前的第二未修形齿轮模型3‐2的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AI，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BE；此时，左齿面的齿向修形量变为c-d，右齿面的齿向修形量为零；

(f)对(e)步骤确定的未修形前的大齿向修形量齿轮2的第一未修形齿轮模型3‐1和第二未修形齿轮模型3‐2的齿面进行齿向修形，获得大齿向修形量齿轮2：

当c＜d时，所述未修形前的大齿向修形量齿轮2的第一未修形齿轮模型3‐1的左齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线AD不变；对右齿面进行齿向修形，齿向修形量为d-c，齿向修形后，型线BH变为型线BE；

当c≥d，对所述未修形前的大齿向修形量齿轮2的第二未修形齿轮模型3‐2的左齿面进行齿向修形，齿向修形量为c-d，齿向修形后，型线AI变为型线AD；右齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线BE不变。

如图1所示，根据上述大齿向修形量齿轮的设计方法设计的大齿向修形量齿轮2。

Claims (2)

1.一种大齿向修形量齿轮的设计方法，包括:

(a)设定基础齿轮模型(1)的设计参数：齿数z₁、模数m₁、齿宽b₁、压力角α₁、变位系数x₁；其特征在于，所述方法还包括:

(b)基于设定的基础齿轮模型(1)的设计参数，确定基础齿轮模型(1)的齿面，所述基础齿轮模型(1)的分度圆圆柱面和左齿面的交线标记为型线AF，基础齿轮模型(1)的分度圆圆柱面和右齿面的交线标记为型线BG，所述基础齿轮模型(1)的公法线为W₁；W₁按如下公式Ⅰ和Ⅱ计算：

W₁＝m₁cosα₁·[π(k₁-0.5)+z₁·invα₁]+2x₁m₁sinα₁ (Ⅰ)，

公式Ⅱ中，k₁值按四舍五入取整数；

(c)设定所述基础齿轮模型(1)的左、右齿面的齿向修形量，其中左齿面的齿向修形量为c，右齿面的齿向修形量为d；

(d)基于设定的基础齿轮模型(1)的参数和齿向修形量,按以下条件确定大齿向修形量齿轮(2)的设计参数：齿数z＝z₁、模数m＝m₁、齿宽b＝b₁和压力角α＝α₁，所述大齿向修形量齿轮(2)的上端面齿形的变位系数x＝x₁，公法线W＝W₁，所述大齿向修形量齿轮(2)距上端面距离为a处截面齿形的变位系数为x_a、所述大齿向修形量齿轮(2)距上端面距离为a处截面齿形的公法线为W_a，其中的x_a和W_a按如下公式Ⅲ～Ⅷ计算；

当c＜d，x_a和W_a分别按公式Ⅲ、公式Ⅳ计算：

$x_a=\frac{z}{2tan\mathrm{\α}}arcsin\left(\frac{{\mathrm{bs}}_1-2ac}{bmz}\right)-\frac{\mathrm{\π}}{4tan\mathrm{\α}}---\left(III\right),$

$W_a=W-\frac{2ac}{b}cos\mathrm{\α}---\left(IV\right),$

当c≥d，x_a和W_a分别按公式Ⅴ、公式Ⅵ计算：

$x_a=\frac{z}{2tan\mathrm{\α}}arcsin\left(\frac{{\mathrm{bs}}_1-2ad}{bmz}\right)-\frac{\mathrm{\π}}{4tan\mathrm{\α}}---\left(V\right),$

$W_a=W-\frac{2ad}{b}cos\mathrm{\α}---\left(VI\right),$

其中,s₁按公式Ⅶ计算，W按公式Ⅷ计算：

$s_1=mzsin(\frac{\mathrm{\π}}{2z}+\frac{2x}{z}tan\mathrm{\α})---\left(VII\right),$

W＝W₁ (Ⅷ),

(e)基于(d)步骤设定的设计参数，确定未修形前的大齿向修形量齿轮(2)的第一未修形齿轮模型(3-1)和第二未修形齿轮模型(3-2)齿面：

当c＜d时，未修形前的大齿向修形量齿轮(2)为第一未修形齿轮模型(3-1),与所述大齿向修形量齿轮(2)的设计参数对应的未修形前的第一未修形齿轮模型(3-1)的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AD，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BH；此时，左齿面的齿向修形量变为0，右齿面的齿向修形量变为d-c；

当c≥d时，未修形前的大齿向修形量齿轮(2)为第二未修形齿轮模型(3-2),与所述大齿向修形量齿轮(2)的设计参数对应的未修形前的第二未修形齿轮模型(3-2)的左齿面与分度圆圆柱面的交线为型线AI，右齿面与分度圆圆柱面的交线为型线BE；此时，左齿面的齿向修形量变为c-d，右齿面的齿向修形量为零；

(f)对(e)步骤确定的未修形前的大齿向修形量齿轮(2)的第一未修形齿轮模型(3-1)和第二未修形齿轮模型(3-2)的齿面进行齿向修形，获得大齿向修形量齿轮(2)：

当c＜d时，所述未修形前的大齿向修形量齿轮(2)的第一未修形齿轮模型(3-1)的左齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线AD不变；对右齿面进行齿向修形，齿向修形量为d-c，齿向修形后，型线BH变为型线BE；

当c≥d，对所述未修形前的大齿向修形量齿轮(2)的第二未修形齿轮模型(3-2)的左齿面进行齿向修形，齿向修形量为c-d，齿向修形后，型线AI变为型线AD；右齿面的齿向修形量为零，无需进行齿向修形，型线BE不变。

2.一种根据权利要求1所述的大齿向修形量齿轮的设计方法所设计的大齿向修形量齿轮。