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        齒輪減速機:齒輪修形原理及應用


        發布時間:2018-07-12 22:16:00 點擊:

        圓柱齒輪減速機2018-07-12訊

        圓柱齒輪減速機、齒輪減速機2018年7月12日訊  齒輪傳動是一種應用最廣的機械傳動形式,具有傳動效率高、結構緊湊等特點。但由于不可避免地存在制造和安裝誤差,齒輪傳動裝置的振動和噪聲往往較大,特別是在一些大功率傳動裝置中(如兆瓦級風力發電增速器、船用齒輪減速器等,以及對舒適性要求較高的傳動裝置中(如汽車變速箱等),振動和噪聲問題尤為突出。


        齒輪修形是降低齒輪傳動裝置振動和噪聲的一種成熟而有效的技術,近年來獲得了越來越廣泛的應用。齒輪修形包括齒廓修形和齒向修形,本研究中作者分別介紹了其基本原理以及應用情況。


        齒廓修形


        1齒廓修形原理


        齒輪嚙合傳動過程中主、被動齒輪的基節必須處處相等,從理論上講,精確的漸開線剛性齒輪是完全能夠實現上述目標的。但實際中的齒輪副均為彈性體,在一定嚙合力作用下會產生相應的彈性變形,使處于嚙合線位置的主動輪和被動輪基節出現變化,不再相等。如圖1(a)所示,當齒對2進入嚙入位置時,由于齒對1的變形,主動輪基節Pb1小于被動輪基節Pb2,輪齒嚙入點的嚙合力驟然增高,形成了通常所說的嚙入沖擊。與此類似,如圖1(b)所示,在齒對1即將脫離嚙合接觸時,由于齒對2的變形,Pb1>Pb2,主動輪齒頂將沿被動輪齒根刮行,形成通常所說的嚙出沖擊。


        為了消除輪齒嚙入和嚙出沖擊,通常采用齒廓修形的方法,即沿齒高方向從齒面上去除一部分材料,從而改變齒廓形狀,消除齒對在嚙入、嚙出位置的幾何干涉。


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        圖1?齒對在嚙入、嚙出位置的幾何干涉


        2齒廓修形的效果分析


        齒廓修形的參數包括修形量、修形長度和修形曲線。圖2為某大型風力發電齒輪增速箱輸出級寬斜齒輪副傳動示意圖,齒輪傳動參數見表1。作者應用有限元接觸分析技術計算了未修形和不同修形參數下各嚙合齒對上載荷分配情況。在小齒輪齒頂修形量為0.025mm,齒根修形量為0.05mm,修形起點為單雙齒嚙合交替點,修形曲線采用二次曲線的情況下,各嚙合齒對上載荷的分配情況見圖3。與未修形時相比,進入嚙合位置載荷下降約20%,退出嚙合位置載荷下降約40%。增大修形量,嚙入和嚙出位置輪齒上載荷還將進一步降低。因此,齒廓修形可以顯著改善齒輪傳動的平穩性。


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        圖2?有限元模型



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        圖3?齒間載荷分配



        齒向修形


        1齒向修形原理


        齒輪傳動系統在載荷的作用下將會產生彈性變形(圖4),包括輪齒的彎曲變形、剪切變形和接觸變形,還有支撐軸的彎曲變形和扭轉變形。這些變形將會使輪齒的螺旋線發生畸變,導致輪齒沿一端接觸,造成載荷分布不均勻,出現偏載現象。


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        圖4?齒輪傳動系統的變形和載荷分布


        齒向修形就是根據輪齒受力后產生的變形,將齒輪螺旋角和軸向齒形按預定規律進行修正,以獲得較為均勻的齒向載荷分布。


        2齒向修形效果分析


        在前例中,由于主動齒輪(大齒輪)支撐跨距小,齒輪直徑大,彎曲、扭轉變形小,因此,主動齒輪螺旋角不修形。被動齒輪(小齒輪)支撐跨距大,彎曲、扭轉變形大,因此,只對被動齒輪進行螺旋角修形。圖5為被動齒輪螺旋角修形量分別為0″、30″、46″、60″時齒向載荷的分配情況。在螺旋角沒有修形的情況下(修形量為0″),載荷偏向轉矩輸入端;隨著修形量增大,偏載現象逐步改善,在修形量為46″的情況下,承載最大的輪齒上載荷最小,載荷沿齒寬對稱分布,螺旋角修形量取得最優解;再增大修形量,載荷偏向輪齒另一端。


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        圖5?齒向載荷分布



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