CN104728388A - 一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮及其修形方法及其应用 - Google Patents

一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮及其修形方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓形状为：与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比较，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓啮入端和啮出端与理论渐开线齿轮的渐开线齿廓相比呈鼓形；所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向沿齿宽方向呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线。本发明还提供了上述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的修形方法，本发明的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮轮齿形状能符合机车实际运行工况下的高速重载需要，在齿轮受载、齿廓变形后其齿面压力分布均匀，可减少齿轮在啮入和啮出过程中的冲击，减少偏载，仍能保持运转平稳、减小噪音和振动。

Description

一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮及其修形方法及其应用
技术领域
本发明属于齿轮加工技术领域，具体涉及一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮及其修形方法及其应用。
背景技术
城市轻轨、地铁动车、快速列车是城市和城际客运交通的发展方向，其具有快速、大容量、舒适、安全、经济及与环境的良好兼容的特征，发挥了铁路的固有优势，因而机车在世界各地蓬勃发展。在机车动力牵引传动结构方面，齿轮传动结构越来越起到主导作用，但机车牵引用齿轮传动结构应用于动车等快速列车时，随着牵引主机转速提高、载荷加大，齿轮轮齿的变形明显增大，而且其齿轮支承系统的变形也会因此而增大，加之安装制造等综合误差影响，使实际运行中的齿轮传动工况与理论设计的传动啮合工况相差甚远，不可避免地出现齿轮啮入、啮出冲击，导致主机牵引载荷突变、速度波动，出现由不同振型、频率组成的各阶振动，从而降低齿轮传动精度、缩短了使用寿命、降低了承载能力、增大齿轮传动噪声。通常上述动车用齿轮采用渐开线圆柱齿轮，因此，如何针对上述工况需要对渐开线圆柱齿轮进行修形，考虑传动过程中轮齿变形的情况，使其轮齿形状能符合机车实际运行工况下的高速重载需要，避免齿轮啮合时发生齿顶干涉，在啮合交替过程中，避免因扭矩过大，轮齿受载而产生弹性变形，使齿面啮合接触斑点降低，降低冲击载荷，使运转趋于平稳，减小噪音和振动，是本领域技术人员正在探讨的难题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术问题，提供一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，其用于机车牵引用齿轮传动结构时，其轮齿形状能符合机车实际运行工况下的高速重载需要，在齿轮受载、齿廓变形后其齿面压力分布均匀，可减少齿轮在啮入和啮出过程中的冲击，减少偏载，仍能保持运转平稳、减小噪音和振动。
本发明的目的另一目的在于提供上述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的修形方法。
本发明的技术方案是：
一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，应用于机车牵引齿轮传动结构，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮由标准渐开线圆柱齿轮修形获得，所述标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓，是以齿轮发生线沿基圆作纯滚动的轨迹而形成的渐开线为理论形状的齿廓；所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓形状为：与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比较，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓啮入端和啮出端与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比呈鼓形；
所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿向相比为：沿齿宽方向，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线。
作为对本发明的进一步改进，所述啮入端和啮出端修形量逐渐变小。
上述机车牵引用渐开线圆柱齿轮的修形方法，应用于机车牵引用渐开线圆柱齿轮的加工过程中，所述方法包括采用机加工方法对标准渐开线圆柱齿轮的轮齿进行齿廓修形和齿向修形：
所述齿廓修形为沿齿高方向按齿廓修形参数从齿面上去除一部分材料，保持所述轮齿沿渐开线相距等于基节段的齿廓为标准形状，而对所述齿廓的啮入端和啮出端进行修形，使所述轮齿齿廓与标准渐开线圆柱齿轮轮齿的渐开线齿廓相比，其渐开线齿形曲线呈鼓形；
所述齿向修形为：采用机加工方法沿齿宽方向按齿向修形量从齿面上去除一部分材料，使所述轮齿在齿宽方向上呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线，从而得到修形机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮。
作为对本发明的进一步改进，所述齿廓修形参数包括修形量、修形长度和修形曲线，所述修形量是根据齿宽载荷计算得出，所述修形量包括啮合起点公差上限及下限、啮合终点修形量公差上限及下限。
作为对本发明的进一步改进，所述机加工方法为精滚齿修形加工工艺。
上述机车牵引用渐开线圆柱齿轮在机车牵引用齿轮传动装置上的应用，所述机车牵引用齿轮传动装置与牵引电机联接，所述机车牵引用齿轮传动装置包括与牵引电机相联接的主动齿轮和与之匹配的从动齿轮，所述主动齿轮为上述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，所述从动齿轮为标准渐开线圆柱齿轮，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向修形量靠近牵引电机侧为最大值。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的机车牵引用渐开线圆柱齿轮，首先，对齿轮进行齿廓修形，修形时，沿啮合线相距等于基节段不修形，啮入端和啮出端修形，修形值逐渐变小，使其被修形后的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比，其修形后的渐开线齿形曲线呈鼓形，鼓形使渐开线两端即啮入端和啮出端的尖端包括受载时变形凸起量得到修除，从而光滑过渡。其通过齿廓修形，从而改变齿廓形状，消除齿轮在啮入、啮出位置的几何干涉，保证受载变形后齿面啮合仍沿理论渐开线接触，可以减少轮齿啮入和啮出时的干涉和冲击，降低传动噪声，保持运转平稳。其通过齿向修形，使所述轮齿在齿宽方向上呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线，尽可能地使齿轮在受载变形后齿面压力分布均匀、减少偏载，同时齿轮在齿廓变形以后仍能保持运转平稳、减少啮入和啮出的冲击，具有良好的应用前景。
当其应用于机车牵引用齿轮传动装置上时，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向修形量靠近牵引电机侧为最大值。其可根据扭矩计算出主动齿轮在受载时最大弹性变形量，对主动齿轮齿宽方向上对其齿面进行齿向修形，使其被修形后的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线，符合机车实际运行过程的工况要求，因为主动齿轮在受扭矩时产生弹性变形量并不均匀，离轴承远端变形大，近端变形小，所以对远端修形量小，近端修形量大，这样受扭矩变形时啮合接触面就不会出现干涉，从而均匀接触承载。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为本发明所提供的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮齿廓修形公差示意图。
图2为本发明所提供的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮齿向修形示意图。
图3为本发明所提供的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮一个轮齿的齿廓齿向修形示意图。
图4为本发明应用于机车牵引用齿轮传动装置上的结构示意图。
图中：1、齿廓修形公差带，2、标准渐开线圆柱齿轮的轮齿齿形基准线，3、机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿形，4、标准渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿向，5、机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿向，6、齿向修形公差带，7、主动齿轮，8、轴承，9、牵引电机，10、从动轮。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，上述机车牵引用渐开线圆柱齿轮在机车牵引用齿轮传动装置，如图4所示，所述机车牵引用齿轮传动装置与牵引电机9联接，所述机车牵引用齿轮传动装置包括与牵引电机相联接的主动齿轮7和与之匹配的从动齿轮10，主动齿轮7由轴承8支承，所述主动齿轮为上述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，所述从动齿轮为标准渐开线圆柱齿轮，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮由标准渐开线圆柱齿轮修形获得，所述标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓，是以齿轮发生线沿基圆作纯滚动的轨迹而形成的渐开线为理论形状的齿廓；所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓形状为：与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比较，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓啮入端和啮出端与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓相比呈鼓形；
所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿向相比为：沿齿宽方向，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线。所述啮入端和啮出端的修形量逐渐变小。
上述机车牵引用渐开线圆柱齿轮的修形方法，应用于机车牵引用渐开线圆柱齿轮的加工过程中，所述方法包括采用机加工方法对标准渐开线圆柱齿轮的轮齿进行齿廓修形和齿向修形：
所述齿廓修形为沿齿高方向按齿廓修形参数从齿面上去除一部分材料，保持所述轮齿沿渐开线相距等于基节段的齿廓为标准形状，而对所述齿廓的啮入端和啮出端进行修形，使所述轮齿齿面廓与标准渐开线圆柱齿轮轮齿的渐开线齿廓相比，其渐开线齿形曲线呈鼓形；本实施例中，所述齿廓修形参数包括修形量、修形长度和修形曲线，所述修形量是根据齿宽载荷计算得出，所述修形量包括啮合起点公差上限及下限、啮合终点修形量公差上限及下限。如图1所示，为防止主动轮7与从动轮10啮合时发生齿顶干涉，经根据齿宽载荷计算出啮合起点修形量公差上限及下限；啮合终点修形量公差上限及下限，相对于标准渐开线圆柱齿轮的轮齿齿形基准线线2获得齿廓修形公差带1，加工后获得机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿形3，本实施例中，有效计算出齿顶部位受载变形量（即干涉量），修去该部分即可避免齿顶变形所造成的干涉。
所述齿向修形为：采用机加工方法沿齿宽方向按齿向修形量从齿面上去除一部分材料，使所述轮齿在齿宽方向上呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线，从而得到修形机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮。如图2所示,所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向修形量靠近牵引电机侧为最大值，即齿向修形量由牵引电机侧最大值逐渐减小。本实施例中，可按常规方法，根据扭矩计算出主动齿轮在受载时弹性变形量，有效算出齿宽方向弹性变形量即干涉量，修去该部分即可去除齿宽方向弹性变形造成的干涉，即相对于标准渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿向4，确定齿向修形公差带5，获得机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的轮齿的渐开线齿向6，机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮与标准渐开线圆柱齿轮的轮齿形状比较如图3所示。上述修形处理，可使两齿轮之间的接触压力分布均匀，从而减少偏载。
本实施例中，所述机加工方法为精滚齿修形加工工艺，对精滚刀的刀齿根据齿廓修形量来进行仿形修形，滚切加工时在齿宽方向的行程为数控仿形，从而使轮齿在之后的热处理中获得较好表面质量，如淬硬层厚度和金相组织均匀一致，还减少了热处理之后的磨削余量，从而提高了加工效率，因此提高了齿轮修形的加工表面质量和效率。
本发明提供的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，尽可能地使齿轮在受载变形后齿面压力分布均匀、减少偏载，同时齿轮在齿廓变形以后仍能保持啮合运转平稳、减少啮入和啮出的冲击，具有良好的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在部脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，应用于机车牵引齿轮传动结构，其特征在于：所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮由标准渐开线圆柱齿轮修形获得，所述标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿廓，是以齿轮发生线沿基圆作纯滚动的轨迹而形成的渐开线为理论形状的齿廓；所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓形状为：与理论渐开线齿轮的渐开线齿廓相比较，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿廓啮入端和啮出端与理论渐开线齿轮的渐开线齿廓相比呈鼓形；
所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向与标准渐开线圆柱齿轮的渐开线齿向相比为：沿齿宽方向，所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的齿向呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线。
2.根据权利要求1所述的机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮，其特征在于：所述齿廓形状为：所述齿廓啮入端和啮出端的修形量逐渐变小。
3.一种权利要求1或2所述机车牵引用渐开线圆柱齿轮的修形方法，应用于机车牵引用渐开线圆柱齿轮的加工过程中，其特征在于：所述方法包括采用修形加工方法对标准渐开线圆柱齿轮的轮齿进行齿廓修形和齿向修形：
所述齿廓修形为沿齿高方向按齿廓修形参数从齿面上去除一部分材料，保持所述轮齿沿渐开线相距等于基节段的齿面为标准形状，而对所述齿廓的啮入端和啮出端进行修形，使所述轮齿齿廓与标准渐开线圆柱齿轮轮齿的渐开线齿廓相比，其渐开线齿形曲线呈鼓形；
所述齿向修形为：采用机加工方法沿齿宽方向按齿向修形量从齿面上去除一部分材料，使所述轮齿在齿宽方向上呈一端修形量大，一端修形量小的锥鼓形曲线，从而得到修形机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮。
4.根据权利要求3所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的修形方法，其特征在于：所述齿廓修形参数包括修形量、修形长度和修形曲线，所述修形量是根据齿宽载荷计算得出，所述修形量包括啮合起点公差上限及下限、啮合终点修形量公差上限及下限。
5.根据权利要求3所述机车牵引用修形渐开线圆柱齿轮的修形方法，其特征在于：所述修形加工方法为精滚齿修形加工工艺。
6.如权利要求1或2所述机车牵引用渐开线圆柱齿轮在机车牵引用齿轮传动装置上的应用，所述机车牵引用齿轮传动装置与牵引电机联接，所述机车牵引用齿轮传动装置包括与牵引电机相联接的主动齿轮和与之匹配的从动齿轮，所述主动齿轮为上述机车用修形渐开线圆柱齿轮，所述从动齿轮为标准渐开线圆柱齿轮，所述机车用修形渐开线圆柱齿轮的齿向修形量靠近牵引电机侧为最大值。
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