专题论述重载齿轮变位系数的选择

专题论述重载齿轮变位系数的选择：

变位齿轮的产生

19世纪末，展成切齿法的原理及利用此原理切齿的专用机床与刀具的相继出现，使齿轮的加工已具有较完备的手段后，渐开线齿轮更显示出更巨大的优越性。标准渐开线齿轮的特点是设计计算简单并有互换性，尤其在滚齿加工方法出现以后，这种有点就更加突出。但是在工程设计中常常会遇到需要齿数很少的齿轮，加工出来以后，发现它产生了根切或腹切现象，破坏了正确的渐开线齿廓，在运动中振动加剧，噪音增高，而且使齿根强度显著降低，非常容易断齿。另外，在各种减速器的设计中，中心矩多为标准的。采用标准渐开线齿轮就很难保证每对齿轮的中心矩都与保准所规定的要求相符合。为了克服上述标准齿轮的两个主要缺点，于是出现了变位齿轮，即在切齿时只要将切齿工具从正常的啮合位置稍作移动，就能用标准刀具在加工标准齿轮的机床上切出相应的变位齿轮。归纳起来，变位齿轮有以下几种功用：

1）由于传动比和空间的限制，必须采用齿数很少的齿轮时，可以消除根切

现象，并且可提高齿轮的抗弯强度及使用寿命；

2）提高齿轮传动的接触强度。变位齿轮虽然仍是渐开线齿轮，但齿廓是利

用曲率半径较大的渐开线线段。也就是说，取较大的总变位系数x c ,即啮

合角a w 增大可以提高齿轮的接触强度。根据计算和试验，齿轮采用变位

的方法可使齿轮传动的承载能力增高20%-25%，甚至更高，而使用寿命则

可增长200%或更长；

3）提高轮齿抗磨损和耐胶合的性能。应用适当的变位方法可以显著的降低

啮合的滑动速度和减小滑动比，从而提高轮齿抗磨损和耐胶合的性能。

此外，如果采用正变位，即利用曲率半径较大的渐开线线段时，两个相

互啮合的齿面更接近于雷诺方程的推导条件，所以还可以改善齿轮传动

的流体力学性能和润滑状态；

4）在使用多于需用最小齿数的齿轮时，也会使齿轮的抗弯强度有较大的提

高。在模数不变的情况下，轮齿的抗弯强度随着齿形系数Y F 的增大而增

大，而齿形系数Y F 又随着变位系数的增大而增加。如果总的变位系数不

变，为了提高某个齿轮的抗弯强度，还可以在两个齿轮之间适当分配这

一数值，使抗弯强度较弱的齿轮得到较大的增强，以提高整个齿轮传动

的抗弯强度。在个别情况下，采用变位可使齿轮的抗弯强度提高一倍以

上；

5）配凑中心矩。在齿数和模数已定的前提下，如果啮合齿轮对的中心矩不能满足()221Z Z m a +=时，通过变位可使连个啮合的齿轮的中心矩满足上述要求。这种功能在减速器的设计中应用最广泛，因此减速器的中心矩

都是标准的；

6）修复费旧齿轮。增大相互啮合大齿轮的负变位系数并重新制造正变位的小齿轮，即保证了原有中心矩不变，又可满足原来传动比的要求。尤其

在大型开式齿轮传动中应用，效益更为显著，因为一个大齿圈有达50t

的，其价值可达50-70万元，甚至更贵重一些。

7）此外，采用变位还可以增大重合度系数，加大齿根圈以保证齿轮强度等其他功用。

变位齿轮的优点

8）提高齿轮的接触强度；

9）减少吃面磨损和胶合的可能性。两滑动表面的磨损与其摩擦面的材料、正压力、滑动速度、加工精度和润滑条件等因素有关。如果材料和加工

精度已经确定，则吃面的磨损就只与正压力、滑动速度和润滑条件有关。

采用变为啮合可以显著地降低齿轮表面的相对滑动速度和正压力，并且

能够大大地改善润滑条件；

10）提高齿轮的抗弯强度；

11）提高传动效率；

12）减轻齿轮的重量；

13）修复废旧齿轮；

14）改造现有的标准齿轮

变为系数的选择

变位齿轮的性能与其变位系数的选择正确与否有着极为密切的关系。在变位齿轮的设计计算中，能够迅速而正确地选择变位系数十分关键，不仅可加快计算速度，而且还能满足所要求的啮合性能指标。

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