(完整版)等高齒特點(diǎn)

等高齒齒輪的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)調(diào)整方法吳乃云摘要：闡述了等高齒的基本特點(diǎn)及主要的設(shè)計(jì)、調(diào)整方法，詳細(xì)介紹了奧立康等高齒的設(shè)計(jì)軟件的功能以及接觸區(qū)分析、嚙合軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀汽車驅(qū)動(dòng)橋作為汽車的重要傳動(dòng)部件，對(duì)整車的承載能力和舒適性有很大影響，其中螺旋錐齒輪是驅(qū)動(dòng)橋中最重要的零件，目前汽車驅(qū)動(dòng)橋螺旋錐齒輪的設(shè)計(jì)主要采用兩種齒制：即漸縮齒和等高齒。漸縮齒是一種傳統(tǒng)的主要的加工方法，長期以來在國內(nèi)、外應(yīng)用非常廣泛。而近年來，隨著銑齒機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，格里森和奧立康公司分別推出了六軸數(shù)控銑齒機(jī)，同時(shí)可加工漸縮齒和等高齒，等高齒的設(shè)計(jì)計(jì)算、加工調(diào)整得到很大的簡化，同時(shí)接觸區(qū)的調(diào)整也更加簡單和快捷，在國外（如歐美）的汽車行業(yè)，等高齒齒輪得到越來越廣泛的應(yīng)用，在國內(nèi)，由于受到現(xiàn)有的銑齒設(shè)備只能加工漸縮齒等條件的限制，漸縮齒還是一種主要的加工方法，等高齒應(yīng)用的還不多，只有少數(shù)幾個(gè)企業(yè)進(jìn)行小批量的生產(chǎn)。漸縮齒和等高齒加工的主要區(qū)別漸縮齒的加工方法采用單分度法（即端面銑削法），大批量生產(chǎn)時(shí)加工一套齒輪需要五臺(tái)切齒機(jī)床為一組，大輪的粗切、精切和小輪的粗切、精切凸面、精切凹面分別在不同的機(jī)床上采用不同的刀具來加工，其優(yōu)點(diǎn)是粗精切分開后，精切刀具耐用度提高，齒面粗糙度好，接觸區(qū)在小輪的兩面分別修正，互不影響。但缺點(diǎn)是機(jī)床、刀具品種增多，不利于管理，另外加工一套齒輪需裝卸五次，勞動(dòng)強(qiáng)度大。等高齒的加工方法采用連續(xù)分度法（即端面滾削法），大批量生產(chǎn)時(shí)加工一套齒輪只需要兩臺(tái)切齒機(jī)床為一組，大輪和小輪分別采用一把刀具完成切齒加工，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，加工一套齒輪需裝卸兩次，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。其缺點(diǎn)是齒面粗糙度不如漸縮齒，但由于嚙合軌跡與切齒刀紋呈一定的角度，噪聲和平穩(wěn)性相反有所提高。由于小輪的凸、凹兩面是同時(shí)加工的，兩面的接觸區(qū)的調(diào)

整和修正是互相影響的，因此接觸區(qū)的調(diào)整和修正不如漸縮齒方便，隨著TCA分析軟件的發(fā)展和數(shù)控切齒機(jī)床定位精度的提高，以及齒面測(cè)量與反調(diào)修正技術(shù)的出現(xiàn)，等高齒接觸區(qū)的調(diào)整和修正得到簡化，非常方便和準(zhǔn)確。等高齒的設(shè)計(jì)特點(diǎn)等高齒的特點(diǎn)是齒輪的大端和小端的齒高相等，齒長曲線為長幅外擺線的一

部分，而齒槽寬和齒頂寬是收縮的，大端齒槽寬和齒頂寬比小端的略寬，一般情

況下面錐、根錐與節(jié)錐平行(有時(shí)為了躲避小頭導(dǎo)向軸承的軸徑，也可以不平行)。等高齒齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)是以中點(diǎn)法向模數(shù)m為基準(zhǔn)的：nm=dml*cos(Bml)/zl=dm2*cos(Bm2)/z2n式中：dml、dm2為主、從動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)節(jié)圓直徑Bml、Bm2為主、從動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)螺旋角zl、z2為主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)等高齒的齒高參數(shù)一般按表l選擇：表1參數(shù)名稱代號(hào)選擇范圍推薦值齒頂高h(yuǎn)a(0.9-1.10)Xmn1.00mn齒根高h(yuǎn)f(1.1-1.35)Xmn1.25mn頂隙ks(0.2-0.30)Xmn0.25mn全齒高h(yuǎn)ha+hf4等高齒的加工特點(diǎn)4.1加工原理延伸外擺線等高齒的加工同樣可以采用切入法和展成法,在齒數(shù)比大于2.5時(shí)可以采用切入法加工，生產(chǎn)效率比展成法高。加工時(shí)刀盤和工件除了自身繞軸線旋轉(zhuǎn)外，還保持一個(gè)固定的同步回轉(zhuǎn)關(guān)系，與刀片的組數(shù)和被加工工件的齒數(shù)有關(guān)系，即刀盤每轉(zhuǎn)一圈，工件轉(zhuǎn)zl(或z2)/Zw圈，這就是所謂的連續(xù)分圖1.加工原理示意圖度法（也叫端面滾切法）。圖1是等高齒的加工原理示意圖。4.2切齒刀具加工等高齒目前通常采用尖齒刀具，刀齒在刀體中的夾緊剛性和穩(wěn)定性較好。由于刀盤體上可容納較多的刀齒，因而增加了切削效率。尖齒刀具的重磨次數(shù)多，因此刀具成本降低。奧立康公司的SPIRON刀盤和FS刀盤、格里森公司的TRI-AC刀盤和PENTAC刀盤都屬于這種類型。5等高齒的設(shè)計(jì)和齒面接觸區(qū)分析齒輪的設(shè)計(jì)和接觸區(qū)分析是生產(chǎn)高質(zhì)量螺旋錐齒輪基礎(chǔ)，齒輪的強(qiáng)度和平穩(wěn)性才能得到保證。目前比較成熟的軟件有奧立康公司KIMoS5和格里森公司C-AGE軟件。下面簡單介紹一下奧立康公司KIMoS5軟件的功能和用法。軟件的基本模塊齒輪幾何參數(shù)設(shè)計(jì)模塊：確定齒坯基本幾何尺寸和齒輪參數(shù)（宏觀幾何尺寸），該軟件支持所有的廣泛應(yīng)用的齒制，最常用的有圓弧收縮齒制和延伸外擺線等高齒制。齒輪承載能力分析模塊：可以按照AGMA2003、DIN3991、Niemann/Winter、ISO10300等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行承載能力分析。齒輪強(qiáng)度及壽命校核模塊：輸入齒輪副的使用條件（扭矩和轉(zhuǎn)速等）、齒輪的材料等參數(shù)，即可計(jì)算齒輪強(qiáng)度及壽命，通過改變有關(guān)的強(qiáng)度系數(shù)可以得到最佳的齒輪副設(shè)計(jì)。齒面接觸區(qū)及運(yùn)動(dòng)誤差分析（EaseOff即TCA）模塊：優(yōu)化齒輪微觀幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)誤差，通過改變調(diào)整參數(shù)，利用齒側(cè)間隙展開圖（EaseOff）來模擬齒輪副在嚙合過程中的接觸區(qū)的形狀、大小、嚙合軌跡，以及根切檢驗(yàn)和V—H檢驗(yàn)。齒面接觸區(qū)加載分析（LTCA）模塊：通過加載分析可以觀察到在載荷的作用下接觸區(qū)的變化以及受力點(diǎn)的應(yīng)力分布情況。齒輪切齒機(jī)床調(diào)整參數(shù)及切齒刀具參數(shù)計(jì)算模塊：可以適合各種切齒方法，包括固定安裝法（FixedSetting）、全工序法（DUPLEX）、奧立康延伸外擺線等高齒（Spirac和Spiroflex）、克林貝格準(zhǔn)漸開線（Palloid）和擺線-準(zhǔn)漸開線（CycloPalloid）等。設(shè)計(jì)過程可以用下面的圖表2來表示.接觸區(qū)的設(shè)計(jì)和調(diào)整KIMoS5軟件是利用相嚙合齒面之間的側(cè)隙展開圖（EaseOff）來模擬接觸

區(qū)和嚙合軌跡，把齒面劃分成若干個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，計(jì)算出各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)值，相嚙合齒面之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)差值，就是最小法向側(cè)隙（見圖2）。齒面接觸區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是通表2：過改變齒高方向齒形的鼓形量、齒長方向的鼓形量、螺旋角偏差、壓力角偏差以及齒長方向齒面的扭曲（即對(duì)角方向）五個(gè)基本要素進(jìn)行調(diào)整的，操作簡單方便，非常直觀。圖2.側(cè)隙展開圖（EaseOff）等高齒比較典型的接觸區(qū)是傾斜的，這是因?yàn)椴捎昧她X形修形和輕微的內(nèi)對(duì)角造成的，齒形修形可以降低對(duì)熱處理變形、裝配誤差和受載偏移的敏感性，可獲得比較穩(wěn)定的接觸區(qū)，輕微的內(nèi)對(duì)角可獲得比較低的運(yùn)動(dòng)誤差，有利于提高傳動(dòng)平穩(wěn)性并且降低噪聲。接觸區(qū)和嚙合軌跡見圖3。

下面是齒形修正和齒面扭曲對(duì)嚙合軌跡的影響，見圖4。嚙合軌跡的方向和形狀直接影響運(yùn)動(dòng)誤差和齒輪的平穩(wěn)性，其主要取決于齒形修正量的大小，采用適當(dāng)?shù)凝X形修形并有輕微的內(nèi)對(duì)角可獲得比較穩(wěn)定的接觸區(qū)和比較低的運(yùn)動(dòng)誤差，是一種比較好的設(shè)計(jì)方案。ofile無對(duì)角內(nèi)對(duì)角外對(duì)角無齒形修正有齒形修正無齒形修正~■u?ofile無對(duì)角內(nèi)對(duì)角外對(duì)角無齒形修正有齒形修正無齒形修正~■u?■■■■?■>有齒形修正有齒形修正圖4.齒形修正和齒面扭曲對(duì)嚙合軌跡的影響6結(jié)論等高齒制的螺旋錐齒輪與目前廣泛采用的漸縮齒制齒輪相比，在參數(shù)設(shè)計(jì)、TCA齒面接觸分析、加工原理、加工設(shè)備、接觸區(qū)變形趨勢(shì)等方面均有較大的區(qū)別，同時(shí)也應(yīng)該注意裝配調(diào)整的方法，才能獲得比較好使用