一种提高渐开线圆柱齿轮胶合承载能力的齿顶修缘方法与流程

本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种渐开线圆柱齿轮齿顶修缘方法。

背景技术：

齿轮是传动系统的基础部件，其作用是将一根轴的转动传递给另一根轴，实现减速、增速、变向和转向等功能。其中，渐开线圆柱齿轮是最常用齿轮。在啮合过程中，当齿轮运转时，由于两齿轮的相对滑动，在齿面表面撕成沟纹，这种现象就成为齿面胶合。齿面胶合在高速重载的齿轮传动中，往往因温度升高，润滑油的油膜被破坏，接触齿面产生很高的瞬时温度，同时在很高的压力下，齿面接触处的金属部位黏结在一起。出现齿面胶合后将产生强烈的磨损。齿轮继续运转时存在轮齿受载后的弹性变形记运转中的温升、制造过程中的加工误差等因素，使轮齿出现偏离正常啮合线的接触而造成冲击振动或润滑恶化，在轮齿啮入点处出现顶刃啮合现象，降低齿轮的承载能力和使用寿命。为了防止胶合，通常可采用黏度较大或抗胶合性能好的润滑油及提高齿面硬度与降低齿面粗糙度。但效果仍不理想。

鉴于上述情况，研发出一种能够提高提高渐开线圆柱齿轮胶合承载能力的齿顶修缘方法迫在眉睫。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是为提高渐开线圆柱齿轮胶合承载能力，使其满足使用需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高渐开线圆柱齿轮胶合承载能力的齿顶修缘方法，其齿顶圆直径为da；齿顶修缘曲线由第一段修缘曲线和第二段修缘曲线组成；所述第一段修缘曲线由第一段拟合曲线拟合，第二段修缘曲线由第二段拟合曲线拟合；所述第一段修缘曲线是从最少齿参与啮合时在齿面渐开线上最高点开始，至一与齿轮同圆心的ⅱ圆处结束；设通过所述最高点并与齿轮同圆心的圆为ⅰ圆；所述第二段修缘曲线是从ⅱ圆和第一段啮合曲线的交点开始，至所述齿顶圆结束；最终整个齿面曲线自齿顶向内由第二段修缘曲线、第一段修缘曲线和渐开线曲线三段组成。

所述第一段拟合曲线在直径方向修缘量由公式一所得：公式一中，caα是所述第一段拟合曲线在齿顶处修缘量；x1为插入系数；β是修缘曲线系数。

齿顶处修缘量其中ft是齿轮端面内分度圆上的名义切向力，b为齿轮工作齿宽，cr是端截面内轮齿总刚度的平均值。

插入系数x1的变化范围0～1，即在ⅰ圆处x1＝0，在齿顶圆处x1＝1，x1的插值数量可按需要从0～1设n1个值，这n1个点拟合成第一段拟合曲线。所述ⅱ圆也是与齿轮同圆心的圆，其直径式中m为齿轮模数，β是修缘曲线系数。

所述第二段拟合曲线在直径方向对应修缘量由公式二所得：公式二中，x2为插入系数，m为齿轮模数。

插入系数x2的变化范围即在ⅱ圆和第一段拟合曲线的交点处x2＝0，在齿顶圆处插入系数x2插值数量从设为n2个值，这n2个点拟合成第二段拟合曲线，β是修缘曲线系数。

所述修缘曲线系数β为同一值，其确定方法为：通过调整β，使得通过公式一计算得到的第一段拟合曲线在ⅰ圆起始处形成圆弧曲线，在接近齿顶圆处形成直线。

所述x1、x2的插值数量n1、n2均大于等于200。

与最接近的现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

1、本发明一种有效提高齿轮胶合承载能力的齿顶修缘方法，修缘曲线分为两段，其中第一段修缘曲线齿顶处修缘量caα根据该齿轮受到的当量扭矩工况计算所得，可有效防止齿轮长时间啮合后产生变形而导致的提前进入啮合，引起振动噪声等弊端；

2、经过第一段修缘后，齿顶拐角上面没有材料，消除了齿顶拐角处在进入啮合时赫兹应力太大的弊端。在第一段修缘曲线的基础上所作的第二段修缘曲线使齿顶处再做了一个曲线过渡，则让进入啮合的第一点又下移一些。这样再进入啮合时，啮合第一点处上下都有材料，相应的赫兹应力就会减小。对应啮合齿轮根部的点蚀和灰斑现象都会大大减小，磨损也会减小，提高了使用寿命；

3、通过两段修圆曲线的组合，最终获得的修缘曲线参数，可根据加工厂家要求转换成其他坐标参数，在齿轮磨齿工序时完成齿顶修缘，为确保修缘的精度，要求两段曲线插值数量大于等于200。通过大量的仿真计算和试验验证，本发明的方法切实可行，并有效提高了齿轮胶合承载能力。

附图说明

图1为本发明提供的齿顶修缘示意图；

图2为第一段修缘曲线示意图；

图3为第二段修缘曲线示意图；

图4为齿顶修缘最终获得齿形示意图。

图中标记：1、最少齿参与啮合时在齿面渐开线上最高点，2、ⅰ圆，3、ⅱ圆，4、齿顶圆，5、齿面渐开线，6、第一段拟合曲线，7、第二段拟合曲线，8、轮齿。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的一种提高渐开线圆柱齿轮胶合承载能力的齿顶修缘方法，其齿顶修缘曲线是由两段修缘曲线组合而成：第一段修缘曲线由第一段拟合曲线6拟合，第二段修缘曲线由第二段拟合曲线7拟合。

如图2所示，先确定第一段拟合曲线6：第一段拟合曲线6是一由最少齿参与啮合时在齿面渐开线上最高点1至齿顶圆4处的曲线。所述第一段拟合曲线6位于齿顶处修缘量caα，ft是齿轮端面内分度圆上的名义切向力，b为齿轮工作齿宽，cr是端截面内轮齿总刚度的平均值(简称：啮合刚度)。所述齿轮的轮齿8的齿顶圆4直径da，它由齿轮参数决定。设通过所述最高点1的圆为ⅰ圆2，ⅰ圆2与齿轮同圆心，直径为d1。通过修形量计算公式一可以计算出从ⅰ圆2开始到齿顶圆4对应在原齿面渐开线5上的第一段拟合曲线6的n1个点的修形量(所述修形量即第一段拟合曲线6与原齿面渐开线5之间的区域值)，最后由这n1个点拟合成第一段拟合曲线6。所述修缘量计算公式一为：式中，x1为插入系数，其变化范围0～1，即在ⅰ圆2处x1＝0，在齿顶圆4处x1＝1，插值数量可按需要从0～1设n1个值。从计算可知，修形量随着半径的增大而增大。β是修缘曲线系数，通过调整修缘曲线系数β，使得到的第一段拟合曲线6在最高点1处形成圆弧曲线，在齿顶圆4附近处形成直线。β值一般为2-6。

如图3所示，再确定第二段拟合曲线7：第二段拟合曲线7是由所述第一段拟合曲线6与ⅱ圆3的相交点至齿顶圆4处。其中，确定所述的ⅱ圆3的公式为：ⅱ圆3的直径式中m为齿轮模数。ⅱ圆3与齿轮同圆心。通过修形量计算公式二可以计算出第二段拟合曲线7在直径方向对应修缘量，修形量计算公式二为：式中，x2为插入系数，其变化范围即在所述的ⅱ圆3和第一段拟合曲线6的交点处x2＝0，在齿顶圆4处插入系数x2插值数量设为n2；根据计算公式二，可计算得到从ⅱ圆开始到齿顶圆对应在第二段修缘曲线上的n2点修缘量，这n2个点拟合成第二段拟合曲线7。通过修缘量计算公式二得到第二段拟合曲线7在直径方向对应修缘量，修缘量随着半径的增大而增大，修缘方向是基圆的切线方向。

如图1和图4所示，第一段啮合曲线6和渐开线曲线之间的区域是第一段拟合曲线6对应修缘量；第二段拟合曲线7与第一段拟合曲线6之间的区域是第二段拟合曲线7对应修缘量。采用此方法最终得到的轮齿8的齿顶修缘曲线由两段修缘曲线组合而成，第一段修缘曲线由第一段拟合曲线6拟合，即从最少齿参与啮合时在齿面渐开线上最高点1开始，到ⅱ圆3处结束；第二段修缘曲线由第二段拟合曲线7拟合，即从ⅱ圆3和第一段啮合曲线6的交点开始，到齿顶圆4结束。

所述修形量计算公式一和二中，x1、x2的插值数量n1、n2均大于等于200。

如图4所示，所述ⅰ圆2往齿轮中心方向齿面是原渐开线曲线5，ⅰ圆2到ⅱ圆3是第一段修缘曲线，ⅱ圆3到齿顶圆4是第二段修缘曲线，本发明的齿顶修缘曲线由第一段修缘曲线和第二段修缘曲线组成。本发明整个齿面曲线从齿顶向内由第二段修缘曲线、第一段修缘曲线和渐开线曲线三段组成。