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修形齒輪嚙合傳動過程中主、被動齒輪的基節(jié)必須處處相等,從理論上講,漸開線剛性齒輪是完全能夠?qū)崿F(xiàn)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(chǎn)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(jié)出現(xiàn)變化,不再相等。 當齒對2進入嚙入位置時,由于齒對1的變形,主動輪基節(jié)Pb1小于被動輪基節(jié)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,在齒對1即將離開嚙合接觸時,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。
齒廓修形的參數(shù)包括修形量、修形長度和修形曲線。例如齒輪增速箱輸出級寬斜齒輪副傳動,應用有限元接觸分析技術計算了未修形和不同修形參數(shù)下各嚙合齒對上載荷在小齒輪齒頂修形量為0.025mm,分配情況。
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(wěn)性。
齒輪傳動系統(tǒng)在載荷的作用下將會產(chǎn)生剪切變形和彈性變形,包括輪齒的彎曲變形、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(fā)生畸變,導致輪齒沿一端接觸,造成載荷分布不均勻,出現(xiàn)偏載現(xiàn)象。
對齒向修形的研究在國內(nèi)也取得了長足的發(fā)展,要求實際螺旋角與理論螺旋角有適當?shù)牟钪?,以補償齒輪在全工況下多種原因造成的螺旋角齒向畸變,實現(xiàn)齒寬的均勻受載,提高齒輪承載能力及減小嚙合噪聲,但并沒有給出具體的修形原理。
齒向修形圖由整體螺旋角誤差修整、彎扭綜合彈性變形修整、熱彈性變形修整以及齒端倒坡等諸因素疊加而確定,但修形方法的理論研究不夠。采用有限元法對齒輪軸的變形進行了分析計算,掌握了齒輪軸的整體彈性變形和輪齒的變形情況,進而求得三維齒向修形曲線。但它只分析了單齒嚙合的情況,而沒有考慮多對齒嚙合的情況。
靜態(tài)修形向動態(tài)修形方向發(fā)展,但這些研究仍處于理論研究和試驗階段。因此,修形參數(shù)的確定在很大程度上還是依賴于經(jīng)驗噪聲。