汽车螺旋齿轮误差分析与啮合传动规律研究

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螺旋齿轮因其齿线是曲线而具有良好的啮合传动性能,其质量的好坏直接关系到最终产品的性能优劣和寿命长短。精度等级划分作为评定齿轮质量好坏的一种基本而又直接的手段,在实际的生产制造过程中被广泛采用。齿轮的生产制造是一个通过刀具对轮坯进行切削加工的非常复杂的过程,其中的刀具、机床和轮坯构成了一个异常复杂的结构链,无论是刀具的装夹误差、机床的几何误差还是轮坯的装夹误差都会对齿轮的质量产生很大的影响。加工所得齿轮的质量对其在运转过程中的啮合传动性能有着重大的影响,进而影响产品的使用性能和使用寿命。因此,为了更加有效地控制齿轮在生产过程中的质量,提高其在运转过程中的啮合传动性能,本文针对螺旋齿轮误差模型的建立、螺旋齿轮误差的演变规律以及螺旋齿轮啮合传动性能的变化规律进行了较为深入的研究。  本文基于多体系统理论、滚齿加工原理和啮合原理建立了包含滚刀、机床、轮坯的工艺系统误差的圆柱螺旋齿轮误差模型。然后,根据圆柱齿轮精度制标准,建立了齿轮精度评定项目(齿距误差,齿廓误差和螺旋线误差)的数学模型,并在此基础上建立了各个误差参数的计算模型。最后,采用数值计算的方法揭示了滚刀的装夹误差、机床的几何误差和轮坯的装夹误差对螺旋齿轮误差的影响规律。结果表明,对于大多数误差元素来说,螺旋齿轮的误差随着误差元素值的增加而逐渐增加。进一步的统计结果表明:误差元素δy(α),δy(β),δy(z),δy(y)和δy(φ2)对单齿距误差和齿距累积误差的影响最大,误差元素εz(α)和εz(φ2)的影响次之。误差元素εz(α)和εz(φ2)对齿廓总误差的影响最大,误差元素δ x(γ)和δ x(φ1)的影响次之。误差元素δ x(γ)和δ x(φ1)对齿廓形状误差的影响最大,误差元素δ x(y)的影响次之。误差元素εz(α)和εz(φ2)对齿廓倾斜误差的影响最大,误差元素δ x(y)的影响次之。误差元素εy(y)和Sxzc对螺旋线总误差和螺旋线倾斜误差的影响最大,误差元素 Sxz的影响次之。误差元素 Syz对螺旋线形状误差的影响最大,误差元素ε x(y)和Syzc的影响次之。  基于标准渐开线所具有的重要性质并根据圆柱齿轮精度制标准中对齿轮齿廓误差的定义,建立了包含齿廓误差的圆柱螺旋齿轮误差数学模型。然后,根据建立的误差数学模型,分别在Pro/E和ANSYS软件中建立了圆柱螺旋齿轮三维几何模型和有限元模型并且验证了有限元模型的可靠性。最后,采用有限元法揭示了不同类型的齿廓误差对圆柱螺旋齿轮啮合传动性能的影响规律。结果表明:恒值型误差对齿轮的啮合传动性能影响较小;直线增型误差和直线减型误差使得齿轮在啮合过程中的接触区域位置向互为相反的两端移动,从而恶化了齿轮的啮合传动性能;当抛物线凸型误差值超过一定数值时,齿轮在啮合过程中会出现动力传动中断的现象,从而极大地恶化了齿轮的啮合传动性能;抛物线凹型误差改善了齿轮在啮合过程中的刮齿现象,使得齿轮在啮合过程中的接触压力、接触应力、弯曲应力、传动误差和扭转啮合刚度变化平缓,从而提高了齿轮的啮合传动性能。  本文研究对于控制、提高圆柱螺旋齿轮加工精度以及改善圆柱螺旋齿轮服役性能具有一定的理论价值和实际意义。
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