汽车齿轮中除了标准渐开线圆柱齿轮外,还有变位齿轮和曲齿锥齿轮,本文主要对这两种齿轮的相关内容进行简单介绍。
一、变位齿轮传动强度计算
若一对齿轮副中的某个齿轮为变位齿轮,则该对齿轮副即为变位齿轮传动。按照齿轮副的变位系数之和是否等于零(即xƩ=x1+x2,x1和x2分别为小齿轮和大齿轮的变位系数),又可分为等变位(也称高度变位,xƩ=0,x1=-x2≠0)和不等变位(也称角度变位,xƩ≠0)齿轮传动,具体内容可查看“变位齿轮的啮合传动”一文。
齿轮变位系数影响轮齿的几何尺寸、端面重合度、滑动率、齿面接触应力和齿根弯曲应力,适当选择变位系数可以避免根切,配凑中心距,提高接触疲劳强度、弯曲疲劳强度、抗胶合能力和耐磨损能力。
选择变位系数是变位齿轮传动的设计内容之一。变位系数的具体数值一般根据设计目的和约束条件而定,目前有多种确定方法。这里介绍一种线图法,具体如下:
1、按照使用要求与齿数和zƩ=z1+z2,在图1中选择合适的变位系数之和xƩ=x1+x2;
其中,红色线内的区域齿根和齿面承载能力大,紫色线内的区域重合度大。
2、在图2中,过坐标点(zƩ/2,xƩ/2)作射线,该射线到与其相邻的两条L线的距离之比保持不变;
图中未画出有根切的部分。
3、在图2中,从横坐标上的z1和z2处作垂直线,与第2步中所作射线的交点的纵坐标即为x1和x2。
对于斜齿轮,按当量齿数zv=z/cos3β来查,得出的变位系数为xn。
在选择变位系数之后,即可计算齿轮传动的强度。渐开线变位齿轮传动的强度计算原理与标准齿轮传动相同,但在具体计算时,要注意以下三点:
1、在计算变位齿轮的齿根弯曲应力时,变位主要影响齿形系数、齿根应力修正系数和重合度系数,具体数值可查阅齿轮手册。
在一定齿数范围(如80个齿)内,正变位齿轮的齿厚会增加,尽管齿根过渡曲线的曲率半径有所减小,但总体上齿根弯曲应力还是下降的。因此,正变位齿轮有利于提高轮齿的弯曲疲劳强度。
2、在计算齿面接触应力时,变位主要影响区域系数和重合度系数。对于等变位齿轮传动,齿面接触应力与标准齿轮的相同;对于不等变位齿轮传动,因啮合角不等于压力角,齿顶高也与标准齿轮的不同,使得区域系数和重合度系数均与标准齿轮的不同。
其中,正传动(xƩ>0)的齿面接触应力有所下降,轮齿接触疲劳强度有所提高;负传动(xƩ<0)的齿面接触应力有所上升,轮齿接触疲劳强度有所下降。
3、锥齿轮传动通常按等变位齿轮传动设计。为了平衡小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳强度,还可以对锥齿轮进行切向变位。
二、曲齿锥齿轮传动简介
曲齿锥齿轮传动具有重合度大、承载能力强、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点,应用广泛。
曲齿锥齿轮有圆弧齿(简称弧齿,为格里森制齿轮)和延伸外摆线齿(为奥利康制齿轮)等,如图3所示。
两种齿轮的齿制和加工方法不尽相同。格里森弧齿锥齿轮采用收缩齿,间歇分齿法加工,可以磨齿;奥利康制延伸外摆线锥齿轮采用等高齿,连续分齿法加工,暂时无法磨齿。
零度齿弧齿锥齿轮轴向力与直齿锥齿轮类似,始终指向齿轮大端,同时具有对齿轮的相对位置不敏感的特点,在许多场合已经取代直齿锥齿轮。
除零度齿弧齿锥齿轮外,凡是螺旋角不等于零的弧齿锥齿轮,其轴向力会随着转动方向的改变而发生变化。在设计和使用时,应使轴向力指向大端,否则会减小齿侧间隙,甚至楔紧轮齿。
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