齿轮修形

α‘t—啮合角； αFen—载荷作用角； r1，r2—小、大齿轮的节圆半径 ； ra1，ra2—小、大齿轮的齿顶圆半径 ； rb1，rb2—小、大齿轮的基圆半径 ； pbt—基齿距；P—节点； B—小齿轮单对齿啮合区下界点； D—小齿轮单对齿啮合区上界点。
图4 齿轮的单、双齿啮合区
同样，在距啮合的终止点E往前一个基圆齿距的B点，小轮前一个齿 开始退出啮合，AB段为双齿啮合区，BD段为单齿啮合区，该B点称为小 齿轮单齿啮合的下（内）界点。因为小齿轮的点蚀大多发生在齿根处 （即AC之间），在齿面接触强度计算时，以B点的赫兹压应力作为起决 定作用的力的判据点。
渐开线齿轮的修形
李钊刚
1，齿廓修整
1.1基本原理
基于以下原因，渐开线齿轮在实际运行中达不到理想渐开线齿轮那样 的平稳，而产生啮合冲击，产生动载荷，并影响承载能力。 •制造误差； •受力元件（齿轮、箱体、轴、轴承等）的变形； •运转产生的温度变形； •轮齿啮合过程中的载荷突变。 以上因素均会引起齿轮的齿距改变（偏离理想齿距值）。当主动轮的 齿距小于从动轮的齿距时，就会产生啮入干涉冲击；当主动轮的齿距 大于从动轮的齿距时，就会产生啮出干涉冲击（图1）。
齿廓修整的结果是避免了载荷突变所造成的啮入啮出干涉冲 击，提高了运行的平稳性；有利于补偿轮齿齿顶及齿根处的偏载， 提高承载能力；有利于润滑油膜的形成，可改善齿面间的润滑状 态，提高抗胶合能力。
1.2常用修整方法
自从Walker于1938年最早发表的渐开线齿轮轮齿修整的论述开始， 数十年来，人们对齿廓修整得研究从来就没有停止过，已见公开发表的 公式已有数十种，更多的是许多公司作为内部资料未曾公开。
图1 轮齿受载变形 a) 受载前 b) 受载后
下面分析一下轮齿啮合过程中的载荷突变现象。 图2为一对齿轮的啮合过程。
啮合线、重合度、轮齿单齿啮合的上界点和下界点
正常情况下2个齿轮的啮合线长度取决于两个齿轮的齿顶圆直径。如图4所 示，当小齿轮主动时，大轮齿顶的齿廓与小轮齿根的齿廓在A点相遇，A是啮合 的起始点，到小轮齿顶的齿廓和大轮齿根的齿廓在E点退出啮合，E点为啮合的 终止点。AE为啮合线长度。
上2式中：δD1、δD2—小、大齿轮在单齿啮合上界点D点的变形量； δB1、δB2—小、大齿轮在单齿啮合下界点B点的变形量。
但是，由于制造误差的存在，以上变形量，还要加上加工误差Δm 即 Δ =δ+Δm
轮齿变形量的估算：
轮齿受载的弹性变形δ0包括轮齿接触变形、弯曲变形、剪切变形和 齿根变形等，用传统方法很难准确确定，通常用轮齿的啮合刚度Cγ来确 定。
齿廓修整是设想将相啮合齿上发生干涉的齿面部分适当削 去一些，即靠近齿顶的一部分进行修整。修整后，使载荷呈 EBDA的规律分布，使进入啮合的E点载荷为零，然后逐渐增 加到B点达到100%，从D点开始逐渐降低到推退出啮合的A点 载荷又降到零。
对于斜齿轮，一个齿从一端面的齿顶(根）进入啮合，而由另 一端面的1齿根（顶）退出啮合，故修整应在轮齿的两端进行。 斜齿轮因为有轴相重合度，在任意横截面内轮齿的啮合过程有4 次载荷突变，其载荷突变量比直齿轮低，变形比直齿轮小，因此 斜齿轮的冲击、振动、噪声都比直齿轮小。
啮合线EBDA为轮齿参加啮合的一个周期。其中，EB段和DA段为双齿 啮合区，BD段为单齿啮合区。因此，轮齿啮合过程中的载荷分布明显不 均匀（图3）。
a）轮端面重合度 εα=1.2，
b） εα=1.8
图3 具有不同大小的单对齿啮合与双对齿啮合区时的名义载荷
图4
图4为理论载荷分布图，但是由于啮合点上齿面的接触变 形、齿的剪切变形和弯曲变形等因素的影响，使得在单齿啮合 区的载荷分布有所缓和。整个啮合过程中轮齿承担载荷的幅度 大致为：E点40%，B点从60%急剧跳到100%，BD段为 100%，，D点从100%急剧跳到60%，A点40%。由此可见， 轮齿啮合过程中有明显的载荷突变现象，相应也会引起轮齿弹 性变形的明显变化，引起主从动齿轮的齿距变化，使啮入初始 点发生干涉现象。
由于轮齿啮出冲击小于啮入冲击，常常又使啮入的修形长度大于啮出 的修形长度。
渐开线齿廓的长修形和短修形
1.2.2最大修形量
根据Walker的理论，因为单齿啮合区内B点和D点的载荷最大，其相 应的变形也最大，造成啮合的始末点E和A处产生干涉现象。
这样，主动齿轮齿顶部的最大修整量 δA=δB1+δB2 同理，从动齿轮齿顶部的最大修整量 δE=δD1+δD2
端面重合度 εα = AE / pb
式中： pb — 基圆齿距。 当1＜εα＜2时，存在双齿啮合区。在距啮合的起始点A一个基圆齿距的D点，
大轮第二个齿开始进入啮合，DE段为双齿啮合区，该D点称为小齿轮单齿啮合的 上（外）界点。当力作用在D点时齿根应力最大，D点是计算齿根弯曲应力起决 定作用的力的作用点。
一般来说，对于通用或标准产品，各公司都是根据经验，按经验公 式，制定规范进行齿廓修整。对于重要产品，则源自文库具体分析，详细计算 变形量，并对修形结果进行验证。
齿廓修整一般同时修大、小齿轮的齿顶。过去受大型磨齿机的限制， 大齿轮多不磨齿，常用方法是只修小齿轮的齿顶和齿根，不修大轮。
齿廓修整的设计计算包括3个方面： •修形区长度（修形起始点位置）的确定 •最大修形量； •修形段曲线。
都修整齿顶时，主动齿轮修到DA段（单齿啮合区的上界点到齿顶） 的中点，即二分之一的DA长度；被动齿轮也只修EB段（齿顶到单齿啮 合区的下界点）二分之一的的长度。这样，不修形部分仍等于或大于一 个基齿距。短修形区法适用于直齿轮或小螺旋角的斜齿轮。
对于短修形区 修形区长度 a=c=（EA-pb）/2 A和c的长度也有按～20%的EA长度来控制的。
1.2.1修形区长度（修形起始点位置）的确定；
大体上分2种方法。
1）长修形区法 都修整齿顶时，主动齿轮修DA段（单齿啮合区的上界点到齿顶），
被动齿轮修EB段（齿顶到单齿啮合区的下界点），保留单齿啮合段BD 不修。这样，不修形部分小于一个基齿距。长修形区法适用于大螺旋角、 大轴向重合度的宽斜齿轮。 2）短修整区法