齿轮修型原理

液压马达工程师

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齿轮传动是一种应用最广的机械传动形式，具有传动效率高、结构紧凑等特点。但由于不可避免地存在制造和安装误差，齿轮传动装置的振动和噪声往往较大，特别是在一些大功率传动装置中(如兆瓦级风力发电增速器、船用齿轮减速器等，以及对舒适性要求较高的传动装置中(如汽车变速箱等)，振动和噪声问题尤为突出。

齿廓修形

1齿廓修形原理

齿轮啮合传动过程中主、被动齿轮的基节必须处处相等，从理论上讲，精确的渐开线刚性齿轮是完全能够实现上述目标的。但实际中的齿轮副均为弹性体，在一定啮合力作用下会产生相应的弹性变形，使处于啮合线位置的主动轮和被动轮基节出现变化，不再相等。如图1(a)所示，当齿对2进入啮入位置时，由于齿对1的变形，主动轮基节P_b1小于被动轮基节P_b2，轮齿啮入点的啮合力骤然增高，形成了通常所说的啮入冲击。与此类似，如图1(b)所示，在齿对1即将脱离啮合接触时，由于齿对2的变形，P_b1>P_b2，主动轮齿顶将沿被动轮齿根刮行，形成通常所说的啮出冲击。

为了消除轮齿啮入和啮出冲击，通常采用齿廓修形的方法，即沿齿高方向从齿面上去除一部分材料，从而改变齿廓形状，消除齿对在啮入、啮出位置的几何干涉。

图1 齿对在啮入、啮出位置的几何干涉

2齿廓修形的效果分析

图2 有限元模型

表1 齿轮传动参数

图3 齿间载荷分配

齿向修形

1齿向修形原理

齿轮传动系统在载荷的作用下将会产生弹性变形(图4)，包括轮齿的弯曲变形、剪切变形和接触变形，还有支撑轴的弯曲变形和扭转变形。这些变形将会使轮齿的螺旋线发生畸变，导致轮齿沿一端接触，造成载荷分布不均匀，出现偏载现象。

图4 齿轮传动系统的变形和载荷分布

齿向修形就是根据轮齿受力后产生的变形，将齿轮螺旋角和轴向齿形按预定规律进行修正，以获得较为均匀的齿向载荷分布。

2齿向修形效果分析

在前例中，由于主动齿轮(大齿轮)支撑跨距小，齿轮直径大，弯曲、扭转变形小，因此，主动齿轮螺旋角不修形。被动齿轮(小齿轮)支撑跨距大，弯曲、扭转变形大，因此，只对被动齿轮进行螺旋角修形。图5为被动齿轮螺旋角修形量分别为0″、30″、46″、60″时齿向载荷的分配情况。在螺旋角没有修形的情况下(修形量为0″)，载荷偏向转矩输入端；随着修形量增大，偏载现象逐步改善，在修形量为46″的情况下，承载最大的轮齿上载荷最小，载荷沿齿宽对称分布，螺旋角修形量取得最优解；再增大修形量，载荷偏向轮齿另一端。

图5 齿向载荷分布

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