CN110375054A - 一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，该方法首先可按照标准圆柱齿轮的设计方法设计左右齿面及齿根完全对称的小压力角齿廓齿轮，接着按照标准圆柱齿轮的设计方法及驱动工况所需强度要求计算大压力角齿廓齿轮的压力角，并据此计算齿廓倾斜偏差，然后在小压力角齿廓齿轮的驱动齿面上，根据齿廓倾斜偏差从渐开线起始圆处起进行修形，得到大压力角齿廓，最后对大压力角齿廓在节圆处进行齿厚补偿，最终得到驱动齿面与反拖齿面压力角不同,但侧隙正常的非对称齿轮。本发明可通过对驱动齿面进行齿廓倾斜偏差修形得到大压力角齿廓，这样可实现使驱动齿面满足大扭矩驱动要求，反拖齿面满足低扭矩NVH要求。

Description

一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法

技术领域

本发明属于变速器齿轮设计技术领域，具体是涉及一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法。

背景技术

在汽车行业，随着新能源汽车的发展，变速器要求体积越来越小，承载能力越来越高，啮合噪音越来越低。通常我们采用大压力角设计来提高齿轮的承载能力，采用小压力角设计来降低齿轮的啮合噪音，然而常规设计的左右齿面对称的齿轮无法同时满足以上高承载能力和低啮合噪音的要求，但是非对称齿轮在设计上可以很好地解决上述问题，因为非对称齿轮可以采用驱动面为大压力角设计，反拖面为小压力角设计，即可使驱动齿面满足大扭矩驱动要求，反拖齿面满足低扭矩NVH要求。

在中国发明专利CN201310608376.6的说明书中公开了一种非对称齿轮的精确设计和修形方法，该方法是通过基于齿条刀具的运动规律将齿条刀具的齿廓方程进行坐标变换后得到的齿条刀具方程与基于齿条刀具和齿轮的啮合规律得到的啮合方程一起共同确定得到非对称齿轮的齿廓方程后，再根据齿廓数据进行三维建模。上述方法由于是根据齿条刀具的结构方程逆向转换出齿轮齿廓参数后而设计得到非对称齿轮，在此过程中为达到合适的啮合强度及端面重合系数，需要进行反复的逆向转换计算，计算过程很复杂，参数校核及强度校核也很繁琐。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题在于提供一种非对称齿轮的设计方法，该方法可通过分析微观修形参数齿廓倾斜偏差与宏观参数压力角的转换关系，用以实现通过在驱动齿面增加大的齿廓倾斜偏差来间接增大齿廓压力角，从而设计出驱动齿面为大压力角，反拖齿面为小压力角的非对称齿轮。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，包括以下设计步骤：

1)按照标准圆柱齿轮的设计方法设计左右齿面及齿根完全对称的小压力角齿廓齿轮，其中小压力角齿廓的压力角设置为α_n1，小压力角齿廓齿轮的端面重合度设置为不小于1.8；

2)按照标准圆柱齿轮的设计方法及驱动工况所需强度要求计算大压力角齿廓齿轮的压力角，再根据大压力角齿廓的压力角计算齿廓倾斜偏差，其中大压力角齿廓的压力角设为α_n2，齿廓倾斜偏差设为f_Hα；

3)在小压力角齿廓齿轮的驱动齿面上，根据齿廓倾斜偏差从渐开线起始圆处起进行修形，得到大压力角齿廓；

4)对大压力角齿廓在节圆处进行齿厚补偿，最终得到驱动齿面与反拖齿面压力角不同但侧隙正常的非对称齿轮。

更进一步，所述步骤2)中的齿廓倾斜偏差f_Hα可根据以下公式计算得出：

小压力角齿廓在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

大压力角齿廓在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2cosβ

小压力角齿廓在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

大压力角齿廓在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2cosβ

而且，

S_{yt_dna1}＝S_{yt_dna2}+2f_Hαcosα_{t1_dna} ⑤

式中：d_nf、d_na—有效渐开线起始圆直径、有效渐开线终止圆直径；α_n1、α_t1、α_{t1_dnf}、α_{t1_dna}—齿廓1的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；α_n2、α_t2、α_{t2_dnf}、α_{t2_dna}—齿廓2的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；x₁、x₂—齿廓1和齿廓2的变位系数；β—螺旋角。

更进一步，所述步骤4)中的齿厚补偿量可根据以下公式计算得出：

大压力角齿廓在节圆处的齿厚减薄量为：

齿轮啮合时大压力角齿廓在节圆处的齿厚补偿量为：2×ΔS_{yt_dp}。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明是在标准圆柱齿轮设计的基础上通过齿廓倾斜偏差转换得到大压力角齿廓的方法最终得到非对称齿轮，其在参数设计和校核上均可以按照标准圆柱齿轮的设计方法进行设计和校核，然后按照齿廓倾斜偏差修形得到大压力角齿廓，计算过程简单，齿轮啮合齿廓设计准确。

2、本发明通过对驱动齿面进行齿廓倾斜偏差修形得到大压力角齿廓，这样易于实现使驱动齿面满足大扭矩驱动要求，反拖齿面满足低扭矩NVH要求，从而可实现使驱动齿轮与反拖齿面压力角差比较大的非对称齿轮设计，同时可实现使变速器的结构布置变得更为紧凑，质量更轻。

附图说明

图1至图4为本发明一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法的设计流程图。

图5为齿廓倾斜偏差的计算原理图。

图示说明：1-小压力角齿廓，2-大压力角齿廓，3-齿廓倾斜偏差，4-修形后啮合间隙，5-齿厚补偿后的啮合间隙，6-齿厚补偿后的大压力角齿廓

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地说明。

本发明提供了一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，具体包括以下设计步骤：

1)参照GB/T 1356-2001《通用机械和重型机械用圆柱齿轮标准基本齿条齿廓》，按照标准圆柱齿轮的设计方法，同时保证满足反拖工况下的齿轮强度要求以及端面重合度不小于1.8的要求，计算出小压力角齿廓齿轮的压力角α_n1，并得到如图1所示的左右小压力角齿廓1及齿根完全对称且啮合间隙正常的小压力角齿廓齿轮。

2)如图2和图5所示，按照标准圆柱齿轮的设计方法，同时保证满足驱动工况下的齿轮强度要求，计算出大压力角齿廓齿轮的压力角α_n2，再根据大压力角齿廓齿轮的压力角α_n2计算出齿廓倾斜偏差f_Hα3，其中齿廓倾斜偏差f_Hα3可根据以下公式计算得出：

小压力角齿廓1在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

大压力角齿廓2在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2cosβ

小压力角齿廓1在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

大压力角齿廓2在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2cosβ

而且，

S_{yt_dna1}＝S_{yt_dna2}+2f_Hαcosα_{t1_dna} ⑤

式中：d_nf、d_na—有效渐开线起始圆直径、有效渐开线终止圆直径；α_n1、α_t1、α_{t1_dnf}、α_{t1_dna}—齿廓1的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；α_n2、α_t2、α_{t2_dnf}、α_{t2_dna}—齿廓2的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；x₁、x₂—齿廓1和齿廓2的变位系数；β—螺旋角。

3)在小压力角齿廓齿轮的驱动齿面上，根据齿廓倾斜偏差f_Hα3从渐开线起始圆处起进行修形，得到如图3所示的大压力角齿廓2。

4)由于在小压力角齿廓齿轮的驱动齿面上增加了齿廓倾斜偏差f_Hα3，使得小压力角齿廓1与大压力角齿廓2之间的齿厚减薄，这样就导致修形后啮合间隙4太大(具体如图3所示)，影响齿轮的啮合传递，故需要对每个轮齿的大压力角齿廓2在节圆位置处进行齿厚补偿，使非对称齿在节圆位置修形前后的齿厚相等，而齿厚补偿量可根据以下公式计算得出：

大压力角齿廓在节圆处的齿厚减薄量为：

齿轮啮合时大压力角齿廓在节圆处的齿厚补偿量为：2×ΔS_{yt_dp}。

经齿厚补偿后，齿厚补偿后的大压力角齿廓6如图4所示，并且齿厚补偿后的啮合间隙5可恢复为正常啮合间隙，即通过上述步骤最终得到了驱动齿面与反拖齿面压力角不同但侧隙正常的非对称齿轮。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，其特征在于，包括以下设计步骤：

1)按照标准圆柱齿轮的设计方法设计左右齿面及齿根完全对称的小压力角齿廓齿轮，其中小压力角齿廓的压力角设置为α_n1，小压力角齿廓齿轮的端面重合度设置为不小于1.8；

2)按照标准圆柱齿轮的设计方法及驱动工况所需强度要求计算大压力角齿廓齿轮的压力角，再根据大压力角齿廓的压力角计算齿廓倾斜偏差，其中大压力角齿廓的压力角设为α_n2，齿廓倾斜偏差设为f_Hα；

3)在小压力角齿廓齿轮的驱动齿面上，根据齿廓倾斜偏差从渐开线起始圆处起进行修形，得到大压力角齿廓；

4)对大压力角齿廓在节圆处进行齿厚补偿，最终得到驱动齿面与反拖齿面压力角不同,但侧隙正常的非对称齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，其特征在于，所述步骤2)中的齿廓倾斜偏差f_Hα可根据以下公式计算得出：

小压力角齿廓在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

大压力角齿廓在渐开线外齿轮上的基圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2 cosβ

小压力角齿廓在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

大压力角齿廓在渐开线外齿轮上的齿顶圆齿厚为：

其中：

tanα_n2＝tanα_t2cosβ

而且，

S_{yt_dna1}＝S_{yt_dna2}+2f_Hαcosα_{t1_dna} ⑤

式中：d_nf、d_na—有效渐开线起始圆直径、有效渐开线终止圆直径；α_n1、α_t1、α_{t1_dnf}、α_{t1_dna}—齿廓1的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；α_n2、α_t2、α_{t2_dnf}、α_{t2_dna}—齿廓2的法向压力角、端面压力角、dnf处端面压力角、dna处端面压力角；x₁、x₂—齿廓1和齿廓2的变位系数；β—螺旋角。

3.根据权利要求1所述的一种基于齿廓倾斜偏差的非对称齿轮设计方法，其特征在于，所述步骤4)中的齿厚补偿量可根据以下公式计算得出：

大压力角齿廓在节圆处的齿厚减薄量为：

齿轮啮合时大压力角齿廓在节圆处的齿厚补偿量为：2×ΔS_{yt_dp}。