CN112108724B - 一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，通过第一段修形，可实现起始修形区域的光滑过渡，降低单双齿交替啮合区域微点蚀的形成；通过第二段修形，可实现齿顶啮入的光滑过渡，降低啮入和啮出区域微点蚀的形成。本发明通过改变不同的修形参数可实现修形曲线的参数化控制，既保留了直线修形去除材料多的优点，又可以实现渐开线与修形曲线过渡区域和修形曲线与齿顶圆过渡区域的光滑过渡。通过合适的修形参数选取，可以很好的改善轮齿接触过程中压力分布特性，提升齿轮服役寿命和使用可靠性。

Description

一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法

技术领域

本发明属于齿轮加工制造技术领域，尤其涉及一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法。

背景技术

渐开线齿轮传动具有承载能力强，加工成本低，传动效率高，可靠性高，传递轴向力小等优点，在风机、船舶、车辆、航空和航天等领域的机械设备中应用非常广泛。但由于工作过程中轮齿会产生弯曲、接触、剪切等变形，使得齿轮出现提前进入啮合和滞后退出啮合等现象，对应产生边角接触，形成压力峰值，造成齿轮产生微点蚀、点蚀、齿面磨损等失效问题，降低齿轮的服役能力。而通过齿顶修形，通过按照给定的方式去除齿廓的部分材料，可以一定程度上解决上述问题，改善齿轮啮合状态。

目前现有的齿轮齿廓修形方面的技术，比如，以优化传递误差和接触斑点为目的，对齿廓修形参数反复迭代，获得最佳修形参数；采用多岛遗传算法，求取Walker修形曲线的最优修形参数；采用抛物线和圆弧曲线对直齿轮齿廓进行修形，以降低啮合噪声和振动。目前采用的修形技术一方面是从系统减振降噪的角度出发，缺乏从齿轮啮合过程中应力分布、齿轮微点蚀角度进行考虑；另一方面，目前的修形方式缺乏对渐开线和修形曲线之间的过渡区域进行考虑，缺乏对修形曲线和齿顶圆过渡进行考虑。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，通过改变不同的修形参数可实现修形曲线的参数化控制，既保留了直线修形去除材料多的优点，又可以实现渐开线与修形曲线过渡区域和修形曲线与齿顶圆过渡区域的光滑过渡。通过合适的修形参数选取，可以很好的改善轮齿接触过程中压力分布特性，提升齿轮服役寿命和使用可靠性。本发明的具体技术方案如下：

一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，包括以下步骤：

S1：选定修形量和修形高度，采用反正切函数对齿廓进行第一段修形；具体的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修形量，

为相对修形高度，

代表起始修形位置，

代表齿顶，n、A、eK为修形曲线参数，

为第一段修形的修形量；

S2：在步骤S1的基础上，对齿顶进行渐近圆角第二段修形。

进一步地，S2中的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修圆高度，

为齿顶修圆半径，eB为齿顶修形指数；

为第二段修形的修形量。

进一步地，

根据修形量定义，n的取值范围为1-3，A的取值范围为0.1-100，eK的取值范围为0-4。

进一步地，n=1,eK=0，修形曲线为直线修形；n=2，eK=0，修形曲线为抛物线修形； n=1，eK=2，A=5，修形曲线为反正切函数曲线。

进一步地，齿顶修圆最大高度

为齿顶圆与起始齿顶修圆位置半径差，

为

的最大值，取值范围为

，

为法向模数；齿顶修圆半径

的取值范围为

；齿顶修形指数范围为0<eB<3。

进一步地，eB=0，修圆曲线为一个圆形；eB≠0，修圆曲线为渐近圆形曲线。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过对修形曲线进行参数化设计，涵盖多种修形曲线，既包括传统的直线、抛物线和多次曲线修形，又包括反正切函数修形，既保留了直线修形去除材料多的优点，又可以实现渐开线与修形曲线过渡区域和修形曲线与齿顶圆过渡区域的光滑过渡，能够消除起始修形位置存在的尖角，同时进行修形区域的光滑过渡。

2.采用本发明的优化修形方法，相对于传统的直线修形和抛物线修形，可以更好的降低单双齿交替啮合区域、啮入啮出区域的压力峰值，改善轮齿接触过程中压力分布特性，可以更好的降低齿面磨损量，降低发生微点蚀的风险，提升齿轮服役寿命和使用可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为齿廓第一段修形曲线与直线、抛物线修形曲线对比示意图；

图2为齿顶第二段修形曲线示意图；

图3为齿轮齿顶进行两段修形后示意图；

图4和图5为不同修形方式对比得到的齿轮啮合过程轮齿接触应力示意图，其中，图4为传统的直线修形、抛物线修形和两段优化修形得到的轮齿啮合过程赫兹接触应力变化情况，图5为渐开线齿廓外形图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1-2所示，本发明的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，能够减少齿面微点蚀，通过第一段修形，可实现起始修形区域的光滑过渡，降低单双齿交替啮合区域微点蚀的形成；通过第二段修形，可实现齿顶啮入的光滑过渡，降低啮入和啮出区域微点蚀的形成。

具体地，一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，包括以下步骤：

S1：选定修形量和修形高度，采用反正切函数对齿廓进行第一段修形；具体的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修形量，

为相对修形高度，

代表起始修形位置，

代表齿顶，n、A、eK为修形曲线参数，

为第一段修形的修形量；

S2：在步骤S1的基础上，对齿顶进行渐近圆角第二段修形。

在一些实施方式中，所述步骤S2中的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修圆高度，

为齿顶修圆半径，eB为齿顶修形指数；

为第二段修形的修形量。

在一些实施方式中，

根据修形量定义，n的取值范围为1-3，A的取值范围为0.1-100，eK的取值范围为0-4。

较佳地，n=1,eK=0，修形曲线为直线修形；n=2，eK=0，修形曲线为抛物线修形； n=1，eK=2，A=5，修形曲线为反正切函数曲线。

在一些实施方式中，齿顶修圆最大高度

为齿顶圆与起始齿顶修圆位置半径差，

为

的最大值，取值范围为

，

为法向模数；齿顶修圆半径

的取值范围为

；齿顶修形指数范围为0<eB<3。

较佳地，eB=0，修圆曲线为一个圆形；eB≠0，修圆曲线为渐近圆形曲线。不同修形指数范围取值得到的齿顶修圆曲线如图2所示。

对齿顶进行两段修形后的示意图如图3所示，其中，横坐标为齿廓偏差，纵坐标为齿廓半径，不考虑齿廓误差影响，图中齿廓偏差为齿顶修形移除的材料。

图4和图5为不同修形方式对比得到的齿轮啮合过程轮齿接触应力示意图，其中，图4为传统的直线修形、抛物线修形和两段优化修形得到的轮齿啮合过程赫兹接触应力变化情况，图5为渐开线齿廓外形图。可以看出，相对传统的直线和抛物线修形，在啮入区域（A点）、啮出区域（E点）和单双齿交替啮合区域（B、D点），采用两段修形方式得到的轮齿接触应力得到了显著的降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选定齿顶修形量和相对修形高度，采用反正切函数对齿廓进行第一段修形；具体的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修形量，

为相对修形高度，

代表起始修形位置，

代表齿顶，n、A、eK为修形曲线参数，

为第一段修形的修形量；

S2：在步骤S1的基础上，对齿顶进行渐近圆角第二段修形。

2.根据权利要求1所述的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，S2中的修形曲线方程为：

其中，

为齿顶修圆高度，

为齿顶修圆半径，eB为齿顶修形指数；

为第二段修形的修形量。

3.根据权利要求1所述的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，

根据齿顶修形量定义，n的取值范围为1-3，A的取值范围为0.1-100，eK的取值范围为0-4。

4.根据权利要求1或3所述的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，n=1,eK=0，修形曲线为直线修形；n=2，eK=0，修形曲线为抛物线修形； n=1，eK=2，A=5，修形曲线为反正切函数曲线。

5.根据权利要求2所述的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，齿顶修圆最大高度

为齿顶圆与起始齿顶修圆位置半径差，

为

的最大值，取值范围为

，

为法向模数；齿顶修圆半径

的取值范围为

；齿顶修形指数范围为0<eB<3。

6.根据权利要求5所述的一种减少齿轮微点蚀的齿轮修形方法，其特征在于，eB=0，修圆曲线为一个圆形；eB≠0，修圆曲线为渐近圆形曲线。

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