多圆弧弧齿锥齿轮啮合机理及修形制造技术研究

The meshing theory and gear tooth modification and manufacture methods of multi-arc spiral bevel gear will be researched in this project, multi-arc spiral bevel gear is a series of gears which work arc number is four or more than four.Previous research work on quadruple-arc cylindrical gear has shown that increase the number of work arc is the same as increase the meshing points can increase the gear carry capacity obviously,and more smooth,low vibration,low noise when run. In this project, multi-arc spiral bevel gear mesh theory ,carrying capacity, transmission stability and sensibility to all kinds of Manufacturing and installation errors will be research systematically,and find out the relationship and rule of parameters of different gears;Analysis the tooth face contact area and modify the tooth face by the technology of load tooth contact area(LTCA).Starting from the variation range of bevel gears in actual loading conditions, it is carried out the theoretical of tooth geometry modification of bevel gear under the targets of minimizing the maximum contact stress of gear tooth surface, and minimizing the transmission error of multi-arc spiral bevel gear. It is studied in depth the relationship between the generating gear tooth flank micro geometry modification and the tooth flank micro geometry modification of the bevel gear generated, the relationship between the modification of the generating gear movement to generate the bevel gear and the tooth flank micro geometry modification of the bevel gear generated. It will be established the theory and methodology to manufacture bevel gear in high efficiency and high precision on multi axis CNC machine tools. a couple of gears will be process on CNC machine tools at last to test the mesh theory, modification theory and manufacture method of multi-arc spiral bevel gear.

本项目将研究圆弧数等于或大于四个的多圆弧弧齿锥齿轮机构的啮合机理，以及其相应的修形制造技术难题。前期对四圆弧圆柱齿轮的研究显示：增加工作圆弧数，即增加啮合点数，可显著提高齿轮的承载能力，且传动更平稳，振动噪声更低。本项目将系统地研究多圆弧齿廓弧齿锥齿轮的啮合理论﹑承载能力,传动平稳性及对各种制造和安装误差的敏感性等，并找出不同齿形齿轮各参数之间的规律与内在关联；利用齿面加载接触分析技术分析其齿面接触工作性能并对齿面进行修形，针对实际应用中各种制造及安装误差造成的齿轮啮合点错位，以轮齿承载能力最高、传递误差最小等为目标，进行齿轮齿面的修形理论研究；深入研究产形轮齿面修形和展成运动修正与被加工齿轮齿面修形之间的关系，建立在多轴联动数控机床上高效高精度加工多圆弧弧齿锥齿轮修形齿面的理论和方法。最后通过加工一对齿轮样机并通过实验验证多圆弧弧齿锥齿轮啮合机理、齿面修形及加工工艺的正确性。

圆弧齿轮由于其独特的凸凹齿面接触形式，较渐开线齿轮具有承载能力强、齿面不易磨损等优点。本项目将多圆弧齿廓应用在了弧齿锥齿轮上，并对多圆弧弧齿锥齿轮的啮合原理、啮合特性、承载能力、传动平稳性及对制造和加工误差的敏感性等问题进行研究，并取得如下研究成果：.（1）设计了六圆弧齿轮基本齿廓，该齿轮单侧齿廓有六个工作圆弧，每两段工作圆弧之间都通过过渡圆弧连接。并计算了六圆弧齿轮的多点啮合系数、多对齿啮合系数以及合理齿宽的选择等；.（2）利用有限元软件对双圆弧及六圆弧圆柱齿轮进行了加载接触分析。结果证实六圆弧齿轮齿面的最大接触应力较双圆弧齿轮减少了近20%。.（3）通过对加工四圆弧及六圆弧弧齿锥齿轮的盘状铣刀与齿轮毛坯的切削过程的分析，绘制出了四圆弧及六圆弧弧齿锥齿轮的啮合线图，计算了四圆弧及六圆弧弧齿锥齿轮的多点啮合系数以及多对齿啮合系数。对后续的多圆弧弧齿锥齿轮的强度校核以及齿轮几何参数的选择具有重要意义。.（4）依据双圆弧及四圆弧弧齿锥齿轮齿面方程构建了其三维实体模型，然后利用有限元软件进行加载接触有限元分析。通过对比发现四圆弧弧齿锥齿轮承载能力比双圆弧弧齿锥齿轮提高了近30%。.（5）前期对双圆弧齿轮的啮合特性研究中没有考虑螺旋角的影响，研究结果不完善。本项目重新考虑齿轮螺旋角对双圆弧齿轮啮合系数区间划分的影响，计算了不同螺旋角时的多点啮合系数以及多对齿啮合系数，并给出了完整的双圆弧齿轮啮合特性表。.（6）多圆弧齿轮啮合传动时每个啮合点处的接触应力并不相同。本项目根据弹性力学和材料力学计算出了双圆弧及四圆弧齿轮弯曲刚度，并计算出了不同齿数、模数及重合度时双圆弧及四圆弧齿轮各啮合点处的接触力。研究结果将为多圆弧齿轮齿廓修形及提高齿轮承载能力提供依据。.（7）计算出了四圆弧齿轮成形磨削砂轮的截面齿形，并对四圆弧齿轮进行了仿真加工及磨削试验。研究结果可提高四圆弧齿轮的传动性能。