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1、長(zhǎng)幅外擺線等高齒(簡(jiǎn)稱擺線齒)準(zhǔn)雙曲面齒輪采用連續(xù)分度的端面滾齒法加工,加工一對(duì)齒輪副只需要兩臺(tái)切齒機(jī)床、兩把刀以及兩次裝卸,與圓弧漸縮齒準(zhǔn)雙曲面齒輪的單分度端面銑齒法相比,生產(chǎn)效率得到極大提高,并且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了所需設(shè)備和刀具種類。該類齒輪副還具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、承載能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn),因此特別適用于大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)。在歐美廣泛應(yīng)用于各類輕重型卡車以及SUV等的車橋齒輪傳動(dòng)中。
隨著我國(guó)汽車工業(yè)的高速發(fā)展以及與
2、歐美日韓汽車企業(yè)的合作日益密切,先進(jìn)的擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪加工工藝以及成套的加工、測(cè)量、磨刀、調(diào)刀設(shè)備逐步被引進(jìn)到國(guó)內(nèi)大型汽車企業(yè),這類齒輪應(yīng)用越來(lái)越廣泛,人們也逐漸對(duì)其優(yōu)越性有所認(rèn)識(shí)。但是,由于歷史原因,國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期專注于圓弧漸縮齒,忽視了對(duì)擺線等高齒的研究,并且由于國(guó)外企業(yè)的技術(shù)封鎖,使得我國(guó)在擺線等高齒的先進(jìn)設(shè)計(jì)制造方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家,可以說(shuō)基本處于起步階段,這嚴(yán)重制約著自主設(shè)計(jì)制造水平的提高以及工藝改進(jìn)。基于此,本文主要針對(duì)車
3、橋用奧利康制擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪,從齒面嚙合性能分析和齒面設(shè)計(jì)方法兩方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并編制了一套完整的設(shè)計(jì)分析軟件,本文主要研究成果如下:
(1)擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面建模以及接觸分析。計(jì)算了擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒坯幾何參數(shù)和切齒加工參數(shù),建立了適用于克林貝格制和奧利康制的齒面加工仿真方法,考慮刀刃圓弧和刀尖圓弧,建立了包括工作齒面以及齒根過(guò)渡曲面在內(nèi)的完整齒面模型?;谖⒎謳缀我约皣Ш显?,推導(dǎo)了擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪配對(duì)齒面嚙
4、合的基本公式,提出了新的瞬時(shí)接觸橢圓計(jì)算方法,并給出了邊緣接觸的幾何分析方法。結(jié)合齒輪幾何分析和力學(xué)分析,建立了擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪輪齒承載接觸分析模型,在此基礎(chǔ)上分析了接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力過(guò)程并提出了一種新的齒輪副時(shí)變嚙合剛度計(jì)算方法。
(2)擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面誤差敏感性分析及預(yù)修正。運(yùn)用文中建立的齒面模型,通過(guò)定量施加擾動(dòng)的方法,分析了包括刀具參數(shù)、刀盤參數(shù)、機(jī)床設(shè)置參數(shù)以及滾比修正運(yùn)動(dòng)參數(shù)在內(nèi)的各個(gè)加工參數(shù)對(duì)齒面拓?fù)涞挠?/p>
5、響規(guī)律,獲得了對(duì)齒面誤差影響較大的加工參數(shù)組合。建立了擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面誤差預(yù)修正優(yōu)化模型,并采用序列二次規(guī)劃算法對(duì)模型進(jìn)行求解,得到各加工參數(shù)調(diào)整量。
(3)擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)?;诠曹椩?,以大輪理論齒面作為假想產(chǎn)形輪,在嚙合坐標(biāo)系中按照預(yù)置的轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)關(guān)系,展成與之線接觸并滿足預(yù)置傳動(dòng)誤差曲線的小輪輔助齒面,然后對(duì)小輪輔助齒面沿各嚙合線方向按照預(yù)置的接觸印痕所確定的三段拋物線修形曲線進(jìn)行修形,獲得了滿足預(yù)置
6、嚙合性能的小輪目標(biāo)齒面。建立了以小輪齒面與目標(biāo)齒面法向誤差平方和最小為目標(biāo)的優(yōu)化模型,并引入權(quán)重系數(shù)來(lái)控制雙面法加工的兩側(cè)齒面的逼近程度,從而可以選擇性地保證某側(cè)齒面的嚙合性能。最后運(yùn)用序列二次規(guī)劃算法求解該模型,得到了小輪加工參數(shù)調(diào)整量。該方法基于理論齒面,為設(shè)計(jì)階段主動(dòng)控制雙面法加工的擺線齒及其他齒輪兩側(cè)齒面的嚙合性能提供了一個(gè)有效的途徑。
(4)基于測(cè)量的擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪實(shí)際齒面嚙合性能分析及主動(dòng)設(shè)計(jì)?;诟呔三X輪測(cè)
7、量中心測(cè)得的齒面離散坐標(biāo)點(diǎn),研究了實(shí)際齒面擬合的原理和方法。提取擬合齒面的型值點(diǎn),通過(guò)控制頂點(diǎn)和權(quán)因子求解,獲得了實(shí)測(cè)齒面的擬合齒面及其參數(shù)化表示,并驗(yàn)證了曲面擬合的精度。建立并求解了實(shí)際齒面嚙合仿真分析數(shù)學(xué)模型。與傳統(tǒng)的滾動(dòng)檢測(cè)相比,實(shí)際齒面嚙合仿真分析在獲得齒面接觸印痕的同時(shí)還可以獲得傳動(dòng)誤差曲線,比較全面地反映了實(shí)際齒面的嚙合信息,并且避免了以實(shí)際齒面的滾檢印痕來(lái)驗(yàn)證理論齒面的仿真結(jié)果會(huì)出現(xiàn)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)不一致的問(wèn)題。提出了應(yīng)用于試制
8、階段的、基于實(shí)際齒面的擺線齒準(zhǔn)雙曲面齒輪齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)方法,綜合考慮了大、小輪齒面由于機(jī)加工誤差和熱處理變形所導(dǎo)致的偏差,只需要對(duì)小輪齒面進(jìn)行一次修正便可以獲得預(yù)期的嚙合性能,這對(duì)于縮短試制周期是十分有利的。
(5)試驗(yàn)及對(duì)比分析驗(yàn)證。以?shī)W利康制Spirac法某高速車橋齒輪副為例,進(jìn)行了切齒、齒面測(cè)量、滾檢試驗(yàn)以及理論齒面建模、幾何接觸分析和齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證,將本文仿真方法所獲得的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果以及克林貝格最新版螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)分
9、析軟件 KIMoS5的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證了本文齒面建模方法、理論齒面幾何接觸分析方法、齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)方法、實(shí)際齒面嚙合仿真分析方法的有效性和可行性。
(5)試驗(yàn)及對(duì)比分析驗(yàn)證。以?shī)W利康制Spirac法某高速車橋齒輪副為例,進(jìn)行了切齒、齒面測(cè)量、滾檢試驗(yàn)以及理論齒面建模、幾何接觸分析和齒面主動(dòng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證,將本文仿真方法所獲得的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果以及克林貝格最新版螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)分析軟件 KIMoS5的仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,驗(yàn)證
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