圆锥齿轮论文（精选7篇）
圆锥齿轮论文 篇1
1 直齿圆锥齿轮
直齿圆锥齿轮通常传动比范围为1～8, 最大传动功率小于370kW, 最大圆周速度小于5m/s, 传动效率97%～99.5%, 其传动机构多用于机床、汽车、拖拉机及其他机械中轴线相交的传动。直齿圆锥齿轮采用收缩齿, 即从齿的大端 (齿轮的外端) 沿分度锥母线到齿的小端 (齿轮的内端) , 齿高逐渐降低。直齿圆锥齿轮齿线为直线, 并相交于节锥顶, 所以齿高通常都是由大端到小端逐渐收缩。该种齿轮根据齿顶间隙 (顶隙) 的不同可分为:等顶隙收缩齿和不等顶隙收缩齿。对不等顶隙收缩齿的工艺进行分析。
不等顶隙收缩齿其齿顶间隙由大端到小端是逐渐缩小的。这种圆锥直齿轮的齿顶圆锥、齿根圆锥和分度圆锥具有同一个锥顶点且沿齿宽方向的顶隙是不相等的。这种齿轮组成的传动机构传动效率高, 可达99.5%, 便于制造, 不像曲齿锥齿轮那样需要专用铣齿机、检验机和磨刀机等专用成套设备, 轴向力较小, 支承系统简单, 速比恒定, 承载力大, 可减少安装空间, 设计装配比较简单。但该直齿圆锥齿轮加工制造比较困难, 制造过程中的参数、标准比较多, 加工过程中要避免发生根切, 并注意两轮齿面磨损均匀。
2 直齿圆锥齿轮制造工艺
直齿圆锥齿轮制造工艺通常因其齿坯、结构、精度等级、生产数量、频次及生产制造单位、现实生产条件的不同而采用不同的方法。
齐二机床 (集团) 有限责任公司生产的产品X6132上直齿圆锥齿轮, 参数:模数4, 齿数22, 压力角20°, 齿轮精度等级9-9-BⅡC, 材料40Cr;技术要求:齿部楔牙及φ60f7外圆处G48。
直齿圆锥齿轮的轮齿切削方法有仿形法和范形法两种。根据加工零件参数条件, 齿数22精度8级, 可以满足此零件加工条件的切削轮齿方法是仿形法加工。“仿形”是指按照齿轮的形状来制造齿轮, 是用与齿轮齿间形状相同的圆盘铣刀 (或对称型铣刀) , 在普通铣床上将轮齿的齿间部分的材料逐一铣掉。
2.1 工艺过程
备料之后, 进入正火工艺:
(1) 粗车, 尺寸要求如图1所示。
(2) 车, 夹左端, 车全长右端面, 车φ40.5孔至φ39h11, 调头车全长留1mm, φ60h7、φ52h7各留2mm。
(3) 拉, 孔拉至φ40h7。
(4) 车, 修正φ80圆, 车齿外圆, 全长右端面。找正后完成φ65×7窝孔, φ52h7留磨0.5～0.6, 交接处车出φ53×3空刀, 车全长至尺寸;车φ60f7至φ60.6h8, 70尺寸两Ra 1.6面各留0.15～0.20, 完成空刀;粗精车前后锥面 (后锥面一致性0.10) , 完成5mm窝孔。
(5) 平铣, 用M4, 5号圆盘铣刀粗精M4齿至要求。
(6) 平铣, 用8°牙对铣刀粗精铣7楔牙, 三牙铣短1mm。
(7) 钳工, 去各部毛刺。
(8) 淬火。
(9) 内磨, 上夹具, 找正φ80圆与全长右端面修磨孔φ40h7。
(10) 万能磨, 穿上芯轴磨φ60f7外圆与70尺寸两端面Ra 1.6;磨φ52h7孔。
(11) 钳工, 领件7033压入。
(12) 车, 在压入件7033与φ40.5孔交接处切空刀φ49×3, φ48h7孔留磨0.40～0.50。
(13) 万能磨, 上夹具找正φ60f7外圆两点, 磨φ48h7孔, 要求按偏上限完成。
(14) 内磨, 磨φ40.5孔。
2.2 重点工序详解
2.2.1 工序4车 (设备CA6140)
(1) 齿坯装在芯轴上, 精车φ80圆与齿大外圆φ93.65h11, 全长右端面。找正外圆端面后车φ65×7窝孔, φ52h7留磨0.50～0.60, 交接处车出φ53×3空刀, 车全长至要求。
(2) 齿坯装在芯轴上, 车φ60f7至φ60.6h8, 70尺寸两Ra 1.6面各留0.15～0.20, 完成空刀。
(3) 粗精车背锥面 (背锥面与分度圆锥面垂直) , 控制支承端面至大端外圆的距离尺寸6.83, 该尺寸的控制可通过划线、试切加测量法、专用样板求得。
(4) 车齿面, 即锥角为97°22’所在的锥面。
(5) 车内锥面, 控制尺寸18, 完成5mm窝孔。
(1) 工步为后道工序加工基准, 即找正用外圆和端面基准。 (2) ～ (5) 工步都是以φ40h7孔和两端面为基准。每一步均为二次装夹, 分半精车和精车。例如第 (4) 工步车齿面时, 半精车阶段齿顶锥面留0.50余量, 精车时将有关此次调整好后, 把CA6140车床大托板、中托板锁紧, 仅移动小托板车锥面。这样可以保证一批零件中几个重要尺寸基本一致。
2.2.2 工序5平铣 (设备X6132A)
(1) 将芯轴安装在分度头主轴莫氏锥度孔中, 使其径向跳动和端面跳动≤0.01mm, 并用杠杆百分表找正, 且与铣床工作台面平行, 然后将芯轴固牢在分度头主轴莫氏锥度孔中。
(2) 分度头主轴反转90°到原来位置上, 定位销插入所需要的分度盘孔内, 该孔做出标记, 作为分度的起始孔。
(3) 将分度头板起一个角度δf=40°35’, 根据划线把装夹好的铣刀对准齿坯中心线, 见图2。
(4) 用M4, 5号圆盘铣刀铣削, 使铣刀刀刃中心对称面对准齿坯中心, 即对中。常用的对中方法有划线对中法和切痕对中法。中心对准后, 横向工作台锁紧。调整切削深度, 齿坯最高点与刀具接触后垂直升降台上升, 若大端在ha=4.08处, s=6.28, 将升降台锁紧就开始分度铣齿。一次走刀依次铣出中间齿槽。
工序5需解决的几个问题:
(1) 确定齿形加工的定位基准和安装方式。
为更好满足其齿轮精度要求, 保证质量, 特设计制造铣齿芯轴, 能够满足工艺系统刚性要求, 减少加工误差, 使齿面的粗糙度提高。齿坯靠内孔φ40h7与芯轴右端面和外圆φ40h11定位, 并通过件1锥套、件2垫和件3圆销、件4螺钉锁紧固定。该铣齿芯轴具备装配基准重合、定位精度高、不需要找正、生产效率高等优点, 适合产量较大的批量生产。
(2) 模数圆盘铣刀的选择, 即确定铣刀号数。
根据已知直齿圆锥齿轮m=4, z=22, δ=45°, R=62.22, b=18, 当量齿数:
根据当量齿数值查机械加工手册表, 选择5号圆盘铣刀。
(3) 偏移系数。
R∶b=62.22∶18=3.5∶1, 查机械加工手册表, 确定工作台偏移系数x=0.285。
确定齿坯小端模数:
齿坯在小端处分度圆厚度:
式中, K1为小端分度圆齿厚;m小为小端模数;K为小端分度圆弦齿厚;de小为小端分度圆直径;δ为分锥角;为小端分度圆弦齿高。
根据上述条件求出工作台偏移量:
式中, K为铣刀在小端分度圆处的厚度, mm;x为偏移系数, 可以从机械加工手册查取。
(4) 确定铣大端两侧余量。
由于锥齿轮的齿和齿槽都是收缩型的, 大端处较宽, 小端处较窄, 所以铣直齿锥齿轮所用圆盘铣刀的齿形是按大端制造的, 宽度是按小端制造的。大端由于深度比小端深, 所以大端槽宽较大, 但大端的宽度还是不够, 而小端槽宽却已经接近所需要的宽度了。为使大端齿槽两侧能铣去一些, 铣该齿坯时, 每一个齿槽一般要铣2刀或3刀。当中间齿槽铣好后, 若小端齿槽宽度已达到要求, 为使不铣到小端, 则必须把工作台向齿坯偏转的反方向移动S (工作台偏移量) 。
齿的一侧铣好后, 要铣齿的另一侧时, 需要把分度头和工作台向原来相反的方向偏移2S=2×1.09=2.18, 铣至满足要求为止。
3 结语
介绍用圆盘铣刀加工直齿圆锥齿轮的工艺, 并对重点工序进行了详解。
圆锥齿轮论文 篇2
一、螺旋圆锥齿轮副正确啮合“三要素”
1.啮合处模数相同;
2.两个齿轮的节圆母线相重合;
3.节锥顶点交于一点。
实际上这“三要素”都不能准确测量, 一般用间接的办法通过检查安装距、接触印痕和齿侧间隙来判断。调整时以保证“三要素”为基础, 最终保证正确的接触印痕和轴承间隙。
二、中央传动圆锥齿轮副的调整检查程序
1.检查调整变速箱二轴轴向间隙;
2.检查调整变速箱二轴后支承轴承径向间隙;
3.检查调整变速箱二轴的安装距;
4.检查调整齿轮副的齿侧间隙;
5.调整后桥轴轴向间隙;
6.检查确认齿侧间隙和后桥轴轴向间隙;
需要注意的是在调整检查工作完毕之前, 不要将转向离合器的主、从动鼓连接起来。
三、中央传动圆锥齿轮副具体检查方法
以东方红-1002型拖拉机为例。
1.检查调整变速箱二轴轴向间隙。
通过加、减轴承盖下边一组垫片调整。检查调整时:首先从有间隙开始适量往下减, 直到二轴用手转不动, 然后加上0.1mm, 最终达到用手能转动, 但又能感到有些发紧为合适。此时二轴的轴向间隙为0.1mm左右。
2.检查变速箱二轴后支撑轴承径向间隙。
二轴后支撑轴承的磨损主要是轴承座与壳体配合面的磨损, 从而破坏齿轮副的正常啮合。检查时, 用撬杠向上、下、左、右撬动二轴轴头, 不能感觉到有明显的径向间隙, 否则必须更换新轴承或轴承座。
3.检查调整变速箱二轴的安装距。
测量安装距有两种方法:一是往后量, 测二轴小头齿轮端面到后桥轴中心线;二是往前量, 测二轴小头齿轮端面到变速箱壳体端面。两个安装距的尺寸是对应的, 即保证了其中一个就保证了另一个。东方红-1002拖拉机的安装距往前量的尺寸是74.5undefinedmm, 往后量是111undefinedmm。实际上, 安装距尺寸是一个参考值, 调整时应以得到满意的接触印痕为目标。但安装距尺寸不应偏离规定值太大, 否则就是调整不当或零件制造质量不合格。
4.检查调整齿轮副齿侧间隙
(1) 调整齿轮副齿侧间隙的目的就是要达到两个齿轮的节圆母线相重合; (2) 侧隙过小会加快齿面的磨损, 甚至造成脱碳损坏, 过大则会增加冲击, 严重时造成打齿; (3) 除更换新齿轮副应按规定0.2～0.55mm间隙调整外, 旧齿轮齿面正常磨损而间隙增大是正常现象, 所以只做检查不做调整, 以获得良好的印痕为准。间隙达到2.5mm时应成对更换新齿轮副。
调整时, 彻底放松右边调整螺母, 然后上紧左边螺母, 直到无间隙为止。当后桥轴轴向间隙消除, 使原来稍低头的后桥轴的右边抬起, 由于后桥轴右边的抬起和调整右边螺母产生的轴向力, 齿侧间隙自然产生出来。
5.调整后桥轴轴向间隙
检查时, 上紧右边调整螺母, 直到紧不动为止, 此时轴向间隙为0.1mm左右。调整时, 注意调整螺母上分布的24个齿, 每转动一个齿, 增加或减少齿侧间隙0.05mm;每转动一个齿增加或减小后桥轴轴向间隙0.08mm。
6.检查确认齿侧间隙和后桥轴轴向间隙
齿轮副齿侧间隙和后桥轴轴向间隙调整完毕, 必须检查确认, 必要时进一步调整。
检查确认时要满足二个条件:
第一个条件:用力拉大齿轮, 使大齿轮能够费力拉动一整圈。
圆锥齿轮论文 篇3
关键词：锻造工艺,直齿圆锥齿轮,预锻齿形,设计,数值模拟
为克服齿轮切削加工的缺点, 用精锻工艺快速生产高质量的齿轮已成全球趋势[1,2,3]。齿轮作为在车辆、机床、船舶等工程领域被广泛使用的重要传动件, 其精锻成形的关键部位是齿形[4]。随着工业和生产技术的不断发展, 单纯的精锻方法已经满足不了齿轮精锻件对齿形的锻造要求, 所以出现了热预锻-冷终锻、热预锻-温终锻、温预锻-冷终锻等复合精锻工艺, 亦即通常需经预锻和终锻两步才能获得质量满意的齿形。预锻工步能改善金属在终锻时的充填性[5], 避免终锻时锻件出现折叠、裂纹等缺陷, 且有利于提高模具寿命。因此, 设计合理的预锻件形状, 尤其是合理的预锻齿形对保证终锻件的质量有重要意义。
本文针对中心分流法精锻直齿圆锥齿轮, 通过对直齿圆锥齿轮预锻件齿形设计进行研究, 提出了梯形非标准预锻齿形, 并利用DEFORM-3D软件对预锻、终锻成形进行了数值模拟, 证明了梯形非标准预锻齿形的可行性。
1 中心分流法精锻直齿圆锥齿轮工艺路线
中心分流法是在分流锻造的基础上发展起来的被应用于锥齿轮的精锻成形工艺[6,7,8,9]。其原理是:利用带凸台的凸模在预锻坯料的端面中心部位锻出分流区 (一部分空间) , 同时凸模的凸台也有利于迫使材料向齿形型腔流动。终锻时, 利用预锻分流区的作用, 使材料易于继续填充齿形, 从而保证终锻件的成形质量。本文研究对象如图1所示, 中心分流锻造时采用预锻和终锻两个工步完成, 其精锻工艺路线为:精密下料→车削或磨削外圆、除去表面缺陷层→少无氧化加热→预锻→终锻→冷切边→热处理→后续切削加工。
2 中心分流法成形直齿圆锥齿轮预锻齿形设计
2.1 齿轮预锻齿形设计研究总结
目前, 齿轮预锻齿形的设计多采用标准齿形, 即采用标准的渐开线齿廓。采用标准齿形的最大优点是预锻件非常接近终锻件形状, 从而使终锻的变形量大大减少。
山东大学的张艳娥为了保证行星齿轮终锻时齿形以镦粗形式充型, 预锻件设计采用了标准渐开线齿廓, 但齿高比终锻件的增大, 如图2所示。其终锻模拟结果显示[10]:随着压下量的增大, 轮齿以镦粗方式成形, 保证了齿顶的充填。但由于预锻件齿高比终锻齿形模的齿高大, 所以整个齿宽方向没有同时被镦粗, 而是由小端至大端逐渐发生变形, 即终锻成了逐渐镦挤的过程。这样容易造成齿面发生折叠, 而且使更多的材料流向分型面处, 导致齿轮大端齿形不饱满。
北京机电研究所的邱德花等对直齿圆锥齿轮预锻件进行了标准齿形和非标准齿形的优化设计[11]。标准齿形设计仍采用标准的渐开线齿廓, 只是根据终锻的精整量将齿面均匀向外偏移, 考虑到体积不变, 将齿根圆向内偏移, 如图3所示。其终锻模拟结果显示:标准齿形预锻件终锻时的最大成形力随精整量的增大而增大, 而且终锻件齿根处出现了折叠缺陷, 折叠随着精整量的减少而改善。为了解决上述问题, 预锻件采用如图4所示的非标准齿形, 即增大齿面1/2处的精整量。最终的模拟结果显示, 优化后的非标准预锻齿形冷精整时没有出现折叠缺陷。
可以看出, 标准预锻齿形虽然和终锻件齿形非常接近, 可以使终锻时的变形量减小。但是采用标准齿形预锻件锻得的终锻件大多容易发生折叠等缺陷, 而且标准齿形的预锻模具齿形模复杂程度与终锻模的接近, 使得预锻模具制造成本增大。
2.2 直齿圆锥齿轮预锻齿形设计及数值模拟
2.2.1 预锻齿形设计
从以上研究可以看出:采用非标准预锻齿形比标准预锻齿形在改善齿轮成形质量上具有一定的优越性。如果能在保证终锻件成形质量的前提下, 使得预锻件齿形越简化, 这样还将有利于降低预锻齿形模的加工难度和制造成本。本文在分析对比的基础上, 拟采用梯形非标准齿形, 如图5a所示。考虑到采用全高梯形齿会使预锻齿形模槽窄而深, 造成预锻时金属充型困难。而且有研究表明, 将齿顶分流工艺应用于齿轮成形, 不仅能有效解决齿形角隅棱线处填充不满的缺陷, 而且可以降低成形载荷[12,13]。故最终采用略大于1/2终锻件全齿高的梯形齿作为预锻齿形, 如图5b所示, 此方案保证了终锻时齿面和齿顶处都存在分流空间。
2.2.2 数值模拟及结果分析
根据以上结论, 利用UG软件设计了梯形齿槽预锻模具和标准渐开线齿槽终锻模具的模型, 分别导入DEFORM-3D系统中进行数值模拟[14]。模拟的参数设置为: (1) 网格划分数为80000个, 采用自动补偿弥补变形过程中网格畸变引起的体积减少; (2) 上下模初始温度为200℃, 初始锻造温度为800℃; (3) 坯料与模具间的摩擦系数取0.25, 润滑条件良好; (4) 上模运动速度为50mm/s; (5) 坯料与空气间的换热系数取0.02N/s·mm·℃, 坯料与上下模间的换热系数取5N/s·mm·℃。
通过模拟, 发现采用梯形非标准齿形的预锻件能保证标准渐开线齿形终锻件的完整成形, 获得的终锻件齿面光滑饱满, 齿廓形状对称, 如图6所示。
图7为采用梯形非标准预锻齿形模拟中心分流法成形直齿圆锥齿轮获得的速度场分布图。从图中可以看出, 由于预锻齿形模齿槽为形状简单且高度略大于终锻件1/2齿高的梯形齿, 所以预锻时从上模凸台对坯料的下压开始, 坯料经历了逐渐与齿模小端齿顶接触直至与整个齿模齿顶接触发生镦粗变形, 充满上模腔成为圆锥台状直至径向压入基本充满梯形齿槽, 继续向小端齿顶和大端齿顶等未充满区域及分模面方向流动直至梯形齿完全充满三个阶段, 很容易获得了完整的梯形齿预锻件。终锻时, 除了预锻件小端面的凹坑起到了分流作用外, 梯形齿预锻件与终锻齿形模齿槽之间的空间也起到了分流作用。金属在上模的下压作用下, 向预锻件与终锻齿形模齿槽的间隙流动, 直至完全充满齿形槽。采用梯形非标准齿形预锻件终锻时, 金属流动剧烈, 保证了终锻件齿形的快速成形, 尤其是齿顶角隅棱线处的填充。
3 结论
(1) 在直齿圆锥齿轮的精锻成形工艺中, 预锻齿形的设计对改善材料的充填性具有重要意义。非标准预锻齿形比标准预锻齿形在改善齿轮成形质量上具有一定的优越性。
(2) 中心分流法锻造直齿圆锥齿轮时, 采用形状简单的非全高梯形预锻齿形具有一定的可行性, 可以保证终锻件的完整成形。
圆锥齿轮论文 篇4
随着汽车市场的日益成熟, 用户对汽车的使用性能以及寿命等提出了更高的要求。以载重汽车为例, 用户对车辆的载重能力以及操控性能等要求不断提高。这时, 其对车辆后桥圆锥齿轮的疲劳强度以及可靠性等提出了更高的要求。本文以汽车后桥圆锥齿轮变形以及磨损两种早期失效问题为对象, 分析导致其早期失效的原因, 并提出了对应的热处理策略。量低于0.80%时当前, 我国轮的渗碳处理。的加入量进行精
1 影响圆锥齿轮使用性能及寿命的典型因素收量不同
影响车辆后桥圆锥齿轮使用性能以及使用寿命的因素很多, 包括齿轮的制造尺寸设计、制造工艺、材质、安装调试以及润滑等。但是, 齿轮在使用过程中存在的早期失效问题, 诸如齿轮面的点蚀、剥落, 齿根裂纹、轮齿压溃以及断裂等, 其主要与齿轮加工过程中的热处理工艺相关。只有合理的热处理加工才能使得齿轮具有合适的硬化层深度、组织以及硬度。所以, 在齿轮制造过程中, 除了合理的设计、选材之外, 还应该利用合理的热处理工艺对齿轮进行处理, 确保齿轮达到里韧外硬的最佳状态。同时, 齿轮的硬化层应该有足够的厚度, 且从齿底到齿面应该均匀而连续。
从具体的生产实践来看, 当圆锥齿轮的硬化层厚度不足、渗碳层网状碳化物、残余奥氏体量过多、表面马氏体组织粗大、心部硬度过低时, 其在反复的重载荷冲击作用下都将可能出现早期失效问题。例如, 当齿轮的硬化层厚度小于0.4M (M—齿轮模数) , 将导致齿轮出现早期的齿面压溃、剥落等问题。而当硬化层厚度过大时, 则容易出现齿根弯曲疲劳强度降低而整个齿崩裂的问题。
2 载重汽车后桥圆锥齿轮早期失效的两种形式及原因理区域, 这也是
2.1 圆锥齿轮的变形问题及原因
后桥圆锥齿轮的早期失效形式主要包括齿面剥落和齿根折断, 而导致齿轮出现这两种失效的主要原因是齿轮渗碳过程中使得齿轮产生了变形, 这不但使得齿轮运动精度与装配精度降低, 而且使得齿轮的整体性能和使用寿命降低, 是齿轮早期失效的一个重要原因。导致齿轮变形的因素较多, 其中尤其以热处理过程中渗碳层残余奥氏体含量过多, 在齿轮后续加工和使用过程中残余奥氏体进一步发生转变成马氏体而产生的变形, 这是导致圆锥齿轮早期失效问题的最根本问题之一。
2.2 圆锥齿轮早期磨损问题及原因
通过热处理分析及实践可以发现, 圆锥齿轮出现早期磨损问题的一个普遍特点就是其在渗碳处理过程中存在表面贫碳现象, 最终使得齿轮的硬度以及耐磨性下降。重载渗碳齿轮表面建议最佳含碳量为0.85-0.95%, 有粒状弥散分布的碳化物组织耐磨性最好, 当表面含碳量低于0.80%时将大大降低耐磨性。为0.85-0.95%, 有粒状弥散分布的碳化物组织耐磨性最大降低耐磨性。
当前, 我国大部分的中小企业依然采用井式气体渗碳炉, 煤油、丙酮作为渗碳剂进行齿轮的渗碳处理。在整个渗碳处理过程中, 不能根据零件表面对碳的吸附能力不同而对渗碳剂的加入量进行精确调节。由于渗碳处理过程中, 在不同的渗碳阶段, 齿轮对活性碳原子的吸收量不同, 碳含量低导致齿轮的表层硬度不能达到对应的技术要求, 使得齿轮的耐磨性下降。部分的中小企业依然采用井式气体渗碳炉, 煤油、丙酮作整个渗碳处理过程中, 不能根据零件表面对碳的吸附能力调节。由于渗碳处理过程中, 在不同的渗碳阶段, 齿轮对低导致齿轮的表层硬度不能达到对应的技术要求, 使得齿轮的耐性下降。
看到, 齿轮的左右两面都存在磨损情况, 而且两齿面相要是因为汽车在前进过程中, 左齿面进行啮合, 而后退时发现左边齿面的磨损区域集中在齿轮顶部, 即这时两齿轮在装配过程中没有达到对应的技术要求, 没有保证齿轮的从图4中可以看到, 齿轮的左右两面都存在磨损情况, 而且两齿面相比, 左边齿面的磨损尤为严重。这主要是因为汽车在前进过程中, 左齿面进行啮合, 而后退时是采用右齿面进行啮合。同时, 还发现左边齿面的磨损区域集中在齿轮顶部, 即这时两齿轮啮合区域为齿顶处。这还表明齿轮在装配过程中没有达到对应的技术要求, 没有保证齿轮的啮合区域处于合理区域, 这也是导致该齿轮齿顶出现早期磨损失效的重要原因之一一
2.3 圆锥齿轮齿根崩裂问题及原因
齿根崩裂问题及原因及实践可以发现, 由于一般齿轮磨削加工时齿根都不通过热处理分析及实践可以发现, 由于一般齿轮磨削加工时齿根都不磨加工, 渗碳过程中产生的脱碳层遗留在工件表面, 降低了齿轮齿根的弯曲疲劳强度, 使用时发生整个齿从齿轮根部崩裂。
2.3 导致齿轮早期失效的其他热处理问题
早期失效的其他热处理问题正火+高温回火进行热处理时, 齿轮锻坯硬度基本能够理过程中所处位置不同时, 锻坯的硬度存在明显的散差在明显差异, 局部甚至出现贝氏体, 影响齿轮机加工性回弹、压力角与螺旋角变化增加等问题。而齿轮螺旋角当采用普通的正火+高温回火进行热处理时, 齿轮锻坯硬度基本能够得到保证。但是, 当齿轮锻坯在热处理过程中所处位置不同时, 锻坯的硬度存在明显的散差, 使得热处理之后齿轮的纤维组织存在明显差异, 局部甚至出现贝氏体, 影响齿轮机加工性能, 导致其在渗碳处理之后出现变形回弹、压力角与螺旋角变化增加等问题。而齿轮螺旋角的变化直接影响到齿轮使用过程中的强度, 在装配使用之后将导致齿轮的轴向力增加, 影响齿轮的使用寿命, 最终导致齿轮出现早期失效问题。而压力角的变化将使得齿轮运转过程中出现噪音, 还使得齿轮的啮合区位置发生变化, 影响齿轮的运动精度。
合适的芯部硬度能预防圆锥齿轮的早期失效, 一般选用35-40HRC最佳, 芯部硬度过低强度不足和芯部过高韧性 (冲击值低) 太差都会引起圆锥齿轮早期失效。
3 载重汽车后桥齿轮热处理工艺改进措施
在渗碳处理过程中应该对渗碳温度、渗碳时间进行控制, 保证其达到对应的设定温度。同时, 还应该加强对渗碳过程中渗碳剂的流量、流速以及压力等因素进行控制, 保证齿面吸收足够的活性碳, 以达到对应的硬度。
在控制渗碳剂的滴入时, 可以根据齿轮渗碳处理的各个不同时期对每分钟滴入的渗碳剂数量进行控制, 确保渗碳层的活性碳含量。这样才能使得渗碳层的深度与硬度达到要求。芯部硬度主要是淬火温度决定的, 所以渗碳后根据材料不同选择合适的淬火温度降芯部硬度控制在最佳范围有关重要。
另外, 在进行等温正火热处理过程中, 由于齿轮锻坯在恒温条件下发生相变, 组织的硬度较为均匀, 且残余应力较小, 其能够保持相对稳定的淬火变形规律与较小的变形量。
同时, 还应该在齿坯粗切之后增加去应力退火工艺, 这样将有效消除车削齿坯过程中产生的机加工应力, 减少精加工和热处理时的应力, 有效提高了吃面的光洁度和精度, 减少了其早期失效变形。
4 结论
导致齿轮早期失效的因素较多, 但是通过采用针对齿轮锻坯的等温正火处理、增加零件粗切后的去应力退火、精确控制渗碳淬火工艺参数和选用合理的热处理工艺之后可以明显控制齿轮的硬度、渗碳深度及组织和芯部硬度, 有效避免早期失效问题的发生。
参考文献
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[2]段志芹, 罗基.后桥从动锥齿轮渗碳淬火的变形分析[J].金属热处理, 2005, 30 (z1) :87-89.
圆锥齿轮论文 篇5
螺旋圆锥齿轮副正确啮合“三要素”分别是:啮合处模数相同、两个齿轮的节圆母线相重合和节锥顶点交于一点, 实际上这“三要素”都不能准确测量, 一般用间接的办法通过检查安装距, 接触印痕和齿侧间隙来判断。调整时以保证“三要素”为基础, 最终保证正确的接触印痕和轴承间隙。调整检查程序是:检查调整变速箱二轴轴向间隙;检查变速箱二轴后支承轴承径向间隙;检查调整变速箱二轴的安装距;检查调整齿轮副的齿侧间隙;调整后桥轴轴向间隙;检查确认齿侧间隙和后桥轴轴向间隙;检查确认啮合印痕。在调整检查工作完毕之前, 不要将转向离合器的主、从动鼓连接起来, 否则转不动。具体做法如下:
1.检查调整变速箱二轴轴承间隙
通过加、减轴承盖下边一组垫片调整。检查调整时, 首先从有间隙开始适量往下减, 直到用手转不动, 然后加厚0.1mm左右, 最终达到用手能转动, 又感到有些发紧为合适。此时, 二轴的轴向间隙为0.1mm (工艺规定0.05～0.20mm) 。
2.检查变速箱二轴后支承轴承径向间隙
二轴后支承轴承的磨损、轴承座与壳体配合面的磨损要破坏齿轮副的正常啮合。检查时, 用橇杠向上、下、左、右撬动二轴轴头, 不能感觉到有明显的径向间隙, 否则必须更换新轴承或轴承座。
3.检查调整变速箱二轴的安装距
工艺规定的安装距目的是为了达到“节锥顶点交于一点”。测量安装距有两种量法:一是往后量二轴小头轮齿端面到后桥轴中心线;二是往前量二轴小头轮齿端面到变速箱壳体端面。两个安装距的尺寸是对应的, 即保证了其中一个就保证了另一个。机型不同所使用的螺旋圆锥齿轮副不同, 其安装距尺寸不同, 各机型使用保养说明书上均有规定。调整时接触印痕不理想, 大多由于安装距尺寸与规定值相差较大所引起的。应该指出, 安装距尺寸是一个参考值, 调整时应以得到满意的接触印痕为目标。但安装距尺寸不应偏离规定值太大, 否则就是调整不当或零件制造质量不合格。此时应分析情况, 找出原因。
4.检查调整齿轮副齿侧间隙
调整齿轮副齿侧间隙的目的就是要达到“两个齿轮的节圆母线相重合”。如果产生相互错位, 造成磨损。侧隙过小会加快齿面的磨损, 甚至造成脱碳损坏:过大则会增加冲击, 严重时造成打齿。除更换新齿轮副应按规定0.20～0.55mm间隙调整外。旧齿轮齿面正常磨损而间隙增大是正常现象, 故只做检查不做调整, 以获得良好的印痕为准, 间隙达2.5mm时, 应成对更换新齿轮副。新齿轮副首次调整, 一定要调整在规定值范围内, 否则以后将无法纠正。调整时, 彻底放松右边调整螺母, 然后上紧左边螺母, 直到无间隙为止。调完后转大齿, 再调后桥轴轴向间隙, 防止假象, 要多次调。当后桥轴轴向间隙消除, 使原来稍低头的后桥轴的右边抬起, 由于后桥轴右边的抬起和调整右边螺母产生的轴向力, 齿侧间隙自然产生出来。这里需要说明是:调好后不需按照使用保养说明书要求再退回10～12个齿, 防止打齿。
5.调整后桥轴轴承间隙
调整时, 上紧右边调整螺母, 直到上不动为止, 此时的轴向间隙为0.1mm左右 (工艺规定0.05～0.20mm) 。这里也不需要按照使用保养说明书要求再退回4～5个齿。
6.检查确认齿侧间隙和后桥轴轴向间隙
齿轮副齿侧间隙和后桥轴轴向间隙调整完毕, 必须检查确认, 必要时进一步调整。检查确认时要满足二个条件:第一个条件是带手套用力拉大齿轮, 使大齿轮能够费力拉动一整圈;第二个条件是找出拉动大齿轮时感觉最轻松的一处, 用右手捏住二轴齿轮左右转动, 感觉稍微能转动。若能同时满足上述两个条件为调整合适, 这时的齿侧间隙为0.3mm左右, 轴向间隙为0.1mm左右。拉动大齿轮一圈时, 只有几个齿拉不过去, 其它地方齿侧和轴向间隙都合适, 这种现象为大齿轮有摆差, 即大齿轮沿大端端面外缘端跳, 摆差现象基本上每台车都存在, 摆差允许值 (公差) 为0.2mm。一般产生的原因有:后桥轴法兰面与后桥轴轴线不垂直、后桥轴弯曲、大齿轮淬火时变形、大齿轮与后桥轴法兰面中夹有异物。遇到这种情况, 在检查调整齿侧间隙时, 应选相对间隙较大位置为检查对象;间隙最小位置能用双手用力强行拉过去为放宽标准。
7.检查确认啮合印痕
中央传动调整的最终目的是要保证重负荷工作时, 齿轮副具有良好的啮合印痕。调整前应做以下准备工作: (1) 除主、从动轮毂不连接, 履带不合, 油箱不安装外, 其它全部装配。 (2) 柴油泵供油用其它容器代替。 (3) 隔板螺母上紧 (隔板螺母调整时要松开, 但检查确认印痕前一定要上紧) 。
圆锥齿轮论文 篇6
由于非圆直齿轮具有优异的传动性能、可变的传动比、较大扭矩和高可靠性等诸多优点,因此被广泛应用于油泵、冲压机床、包装和打印机床等机械产品的设计中［１－２］。然而非圆直齿轮仅能用于传递具有平行轴的变速运动,为了能够传递具有交错轴的变速运动,一些学者对高阶椭圆锥齿轮进行了研究。Giorgio等［３］分析了刀具沿主从轮节面滚动的运动轨迹,并建立了刀具、主动轮和从动轮三者之间的精确数学模型。林超等［４－５］提出了高阶变性椭圆锥齿轮和高阶偏心椭圆锥齿轮的设计方法。此外,文献[6-10]分别对高阶椭圆锥齿轮齿廓的产形、加工、传动模型和干涉检测等进行了研究。由于高阶非圆锥齿轮的设计和制造过程较为复杂,在很大程度上影响了其在机械产品中的应用,故目前仅有其在航空工业方面的相关研究报道［１１］。
非圆齿轮的节曲线有多种类型,如:余弦曲线、帕斯卡曲线、多段圆弧和阿基米德螺线等,并且它们已成功应用于非圆直齿轮的设计中［１２－１４］。然而,目前对于高阶非圆锥齿轮的研究还仅限于高阶椭圆锥齿轮。本文采用一种新的设计方法来设计高阶非圆锥齿轮的节面,并将其应用到其他类型的高阶非圆锥齿轮的设计过程中,如帕斯卡曲线和阿基米德螺线锥齿轮的设计过程中。类似于高阶非圆直齿轮节曲线设计,该设计方法也可能引起高阶非圆锥齿轮的节面出现间断点或尖点,为了满足工程需求和齿轮副传动的稳定性,需要对该非圆锥齿轮的节面进行修形,但该修形过程不应对所设计齿轮副的传动比造成较大影响,针对该问题,本文提出了一种节面修形方法。依据刀具节面与非圆锥齿轮节面之间的运动关系,用部分刀具节面曲线替换了高阶非圆锥齿轮节面凸尖点和凹尖点处的部分节面,并建立了修形后节面的精确数学模型。通过对高阶阿基米德螺线锥齿轮与二次曲线锥齿轮设计实例的分析,验证了该非圆锥齿轮节面设计和修正方法的实用性和有效性。
1 新型高阶非圆锥齿轮的节面设计
应用球面椭圆的几何原理可推导出高阶椭圆锥齿轮的节面方程[3],但该几何模型非常复杂且需要复杂的计算公式。本文以非圆直齿轮的节面作为锥底建立锥面,通过求解该锥面与球面的相交曲线来实现高阶非圆锥齿轮的节面设计。图1所示为3阶阿基米德锥齿轮的几何模型,点O为阿基米德螺线直齿轮的中心且为阿基米德螺线直齿轮平面与球面的切点,εa为阿基米德螺线,εj为节锥面S OaSt与球面的相交曲线,并且它将作为3阶阿基米德螺线锥齿轮节面大端的节曲线,该节曲线包裹在球面上。假定点P为阿基米德螺线εa上任意一点,点Pi为曲线εj上的任意一点,坐标系Sa(xa,ya,za)为球面坐标系。依据图2所示的几何关系可知长度相等,并且为球面上一段弧,由于lOP为阿基米德螺线直齿轮的极半径且与球面半径R相等,因此可得关系式:
图１３阶阿基米德锥齿轮的几何模型
图2点Oa、O、Oi、P、Pi之间的几何关系
依据阿基米德螺线方程,极半径lＯＰ可表示为
式中,h、kａ为可调系数,并用于调节阿基米德螺线的形状;θ１为极径的回转角;N１为阿基米德螺线的阶数。
式(2)仅表示了阿基米德螺线的半个周期,另外半周期的节曲线可通过节曲线的对称性获得。
将式(2)代入式(1)可得
球面上任意一点Pｉ在坐标系Sａ中可表示为
式中,xｓ、yｓ、zｓ为节曲线上的点在坐标系Sａ中的坐标。
可通过主从轮之间的传动关系求解出从动轮的节面方程。如图3所示,Sａ(xａ,yａ,zａ)和Sｂ(xｂ,yｂ,zｂ)分别为主从动齿轮的回转坐标系,OａI为瞬时回转轴,μ１为回转轴zａ与瞬时回转轴OａI之间的夹角,μ为回转轴zａ与zｂ之间的夹角。假定f１２(θ)为主从动齿轮间的传动比函数,则f１２(θ)可表示为
图3 3阶阿基米德螺线锥齿轮副主从轮之间之间的啮合关系
依据文献[9]的方法并联立式(4)与式(5),可得到从动轮的节曲线方程:
同理:如果高阶非圆锥齿轮的节面为二次曲线并且该二次曲线方程［１４］可表示为
式中,a１、b２、c１均为系数。
依据式(1)~式(4)的设计方法,可得
式中,xｃ、yｃ、zｃ为节曲线自身回转坐标系中节面上点的坐标。
可采用类似的方法来设计其他类型节曲线的高阶非圆锥齿轮的节面,图4~图6所示分别为二次曲线、帕斯卡曲线和阿基米德螺线锥齿轮大端节面的图形。如果高阶非圆齿轮的节面由多种类型的曲线组合而成,那么这种设计可能会引起节面出现不连续点或尖点,这些尖点会对齿轮齿廓的加工产生负面影响,因此修正节面产生的尖点非常必要。
图4 3阶二次曲线锥齿轮节面大端的节曲线
图5 4阶帕斯卡曲线锥齿轮节面大端的节曲线
图6 3阶阿基米德螺线锥齿轮节面大端的节曲线
2 高阶非圆锥齿轮节面的修形模型
高阶非圆锥齿轮的节面尖点分为凹尖点和凸尖点两种类型。依据图7中几何关系可知为刀具节面大端的一段节曲线且点a和点b为高阶非圆锥齿轮的节面与刀具节面的切点,点c为高阶非圆锥齿轮的凹尖点,大圆弧εg过节面大端的中心点Oq、刀具节面大端的中心点Od及凹尖点c。Sa(xa,ya,za)与Sc(xc,yc,zc)分别为高阶非圆锥齿轮的节面与刀具节面的回转坐标系。弧εg经过点Oq和轴xa,OaI为高阶非圆锥齿轮与锥齿轮刀具之间的瞬时回转轴。ε3为c与轴za之间的弧,ε1为a与轴za之间的弧,ε2为a与轴zc之间的弧。角α1、α2、α3分别为圆弧ε1、εt和εg之间所夹的二面角。γ3为轴za与zc之间的夹角,γ1为轴za与瞬时回转轴OaI之间的夹角,轴zc与瞬时回转轴OaI之间的夹角为γ2。β1为弧ε1与εt之间的夹角,β3为轴ε2与之间的夹角。此外,用于替换尖点c处该非圆锥齿轮的节面。
图7阿基米德螺线锥齿轮与产形刀具之间的几何关系
为了计算切点a和b在坐标系Sａ中的坐标值,切平面εｔ的法向量可表示为
其中,(xａ,yａ,zａ)对应于式(4)中的(xｓ,yｓ,zｓ)或式(9)中的(xｃ,yｃ,zｃ),θ对应于式(4)与式(9)中的θ１。
整理式(10)可得表达式
其中,μ对应于式(4)中的μ１或式(9)中的μｃ。
由于大圆弧εｔ的法向量nｔ为(0,1,0),法向量nａ与nｔ之间的夹角为π-α１,即
联立式(11)与式(12),角α１可表示为
在球面三角形Oｑea中,依据球面三角定理可得
考虑到点a为高阶非圆锥齿轮节面与刀具节面之间的切点,弧垂直于切平面εt。因此二面角∠eaOd=π/2,∠OqaOd=3π/2-α3。
由于弧过点Oｄ、Oｑ与尖点c,且二面角∠cOｑe=π/N１,β１=π/N１-α２。假设角α２与节曲线的回转角θ相等。在弧构成的球面三角形OｑaOｄ中,依据球面三角余弦定理,二面角β３可表示为
轴zａ与zｃ之间的夹角γ３为
其中,γ１为参数θ的函数,由式(3)或式(8)计算得到,γ２为刀具节面大端的节锥角,α３依据式(15)计算得到。
综上所述,弧上任意点在坐标系中Sｃ的坐标值可表示为
式中,θｓ为刀具从起始位置回转到切点a所转过的角度;θｔ为刀具的回转角。
通过坐标变换可将弧的坐标值表示在坐标系Sａ(xａ,yａ,zａ)中,坐标变换公式为
其中,Mｓｔ为旋转矩阵,其表达式为
图8所示为凸尖点修形过程中刀具与齿轮节面的几何关系,其推导过程与凹尖点类似(篇幅所限,从略)。由以上分析可知,通过对节面尖点的修形得到的高阶非圆锥齿轮的节面为多段空间曲线的组合,即:刀具节面与非圆锥齿轮的节面组合。此外,非圆锥齿轮的齿廓可通过刀具节面绕非圆锥齿轮节面回转运动来产生。
图8高阶非圆锥齿轮的凸尖点与刀具节面之间的几何关系
3 高阶非圆锥齿轮齿廓的产形算法
由于采用以上方法设计的非圆锥齿轮节面由多段空间曲线组合而成,因此位于凸尖点与凹尖点之间的齿廓仍采用非圆锥齿轮与锥齿轮刀具的啮合算法来产形,而尖点处被刀具曲线替换的节面采用锥齿轮副的啮合算法来进行产形。此外,如果该节面为凹尖点处被替换的节面,则采用内啮合锥齿轮齿廓产形算法,反之,则采用外啮合的锥齿轮齿廓产形算法。本文开发了该非圆锥齿轮齿廓的产形算法用于仿真齿廓的包络过程,其算法流程如图9所示。其执行步骤如下:
(1)依据非圆锥齿轮的传动比函数确定齿轮的设计参数,如:弧长、模数、齿数和大端半径等。
(2)选择加工的锥齿轮刀具,确定刀具的齿廓类型(本文的齿廓类型为球面渐开线),依据刀具的设计参数建立一个虚拟的刀具模型。
(3)计算刀具节面与高阶非圆锥齿轮节面的切点坐标,确定出高阶非圆锥齿轮节面未被替换部分所对应的回转角。
(4)依据节面类型来调用相应的产形算法,如果该节面为被替换的节面,则调用锥齿轮产形算法进行产形。否则,调用非圆锥齿轮产形算法进行产形。
(5)输出齿廓的仿真模型,停止。
4 算例
4.1 实例1
以3阶阿基米德螺线锥齿轮的设计为例来说明节面尖点的修正过程。当节曲线的回转角度θ∈ [0,π/3]时,锥齿轮刀具与非圆锥齿轮节面凸尖点处的切点坐标为(71.66,3.59,69.66)mm,与非圆锥齿轮节面凹尖点处的切点坐标为(44.47,72.41,52.72)mm。3阶阿基米德螺线锥齿轮大端节面如图10所示,图11为修形后的大端节面的图像,对比图10与图11的仿真结果可知,修正前的节面弧长大于修正后的节面弧长,通过计算可知修正前的弧长为516.15mm,修正后的弧长为513.07mm。由于节面在修正前后齿轮的模数为定值,因此可确定修正前的齿轮齿数为164,修正后的齿数为163(表1)。此外,运用所开发的齿廓产形算法可生成该非圆锥齿轮齿廓的仿真图(图12)。
图10 3阶阿基米德螺线锥齿轮修形前的大端节曲线
图11 3阶阿基米德螺线锥齿轮修形后的大端节曲线
图12 3阶阿基米德螺线锥齿轮的齿廓图像
4.2 实例2
如图13所示,非圆锥齿轮的节曲线也可采用二次曲线来设计。同理当θ∈ [0,π/3]时,锥齿轮刀具与非圆锥齿轮节面位于凸尖点与凹尖点处的切点坐标分别为(71.66,3.59,69.66)mm,(44.47,72.41,52.72)mm。对比图13~图15的仿真结果可知,该非圆锥齿轮修形后的弧长与齿数要小于修形前的弧长与齿数,该节面修形方法对尖点处齿轮副的传动性能有较小影响,但不会对该非圆锥齿轮的整个传动性能产生较大影响。其弧长与齿数的计算结果如表2所示,其齿廓的仿真图见图16。
图13 3阶二次曲线锥齿轮修形前的大端节曲线
图15 3阶二次曲线锥齿轮修形后的大端节曲线
图16 3阶2次曲线锥齿轮的齿廓仿真图像
4.3 实例3
该实例选取帕斯卡曲线作为高阶非圆锥齿轮的节面曲线,节面上任意点的锥角可依据式(3)或式(8)的形式表示为
式中各个参数的设计值见表3。
球面半径的设计值R仍为100mm,锥齿轮的阶数为4,计算得到的弧长为452.29mm,齿轮模数m=1.25mm,由此可计算出该锥齿轮的齿数为115。由图17 的节面大端曲线仿真结果可知,该节曲线连续且不存在尖点。调用所开发的非圆齿轮齿廓产形算法可得到该非圆齿轮的齿廓图像(图18)。
图17 4阶帕斯卡曲线锥齿轮节面大端的节曲线
图18 4阶帕斯卡曲线锥齿轮齿廓图像
5 结论
(1)提出了一种设计高阶非圆锥齿轮副节面的新方法,并将该方法应用于高阶阿基米德螺线锥齿轮与高阶二次曲线锥齿轮的设计过程中,从而建立了两种新型非圆锥齿轮的模型。
(2)通过对高阶非圆锥齿轮节面尖点的修形,有效地改善了节面尖点处的传动性能。修形后所形成的节面有利于刀具的加工。
圆锥齿轮论文 篇7
Pro/ENGINEER是PTC公司的CAD/CAM/CAE软件, 主要使用参数化、特征化进行三维实体造型的设计, 其强大的功能一直受到业界用户的好评。虽然Pro/ENGINEER的功能强大而且具有良好的通用性, 但是在实际使用过程中无法满足多种多样的特定要求, 再加上该软件有国外团队设计完成, 这就使得在设计标准、规范以及标准件库等多方面和国内存在着不同层度的差异。
直齿圆锥齿轮是机械工业中广泛使用传递两相交轴之间运动和动力的重要基础零部件, 它的绘图工作繁杂费时, 尤其是在三维实体建模过程中耗时较长。在新产品的初始设计和图纸绘制的过程中需要多次修改, 进行零件的形状、尺寸等综合优化设计。而这类零件大部分具有相似的结构和形状, 因此使用参数化建模技术就有了十分重要的经济效益和现实意义。
1 设计环境的选择
Pro/ENGINEER软件提供了强大的设计分析与制造功能, 与此同时也为用户提供了多样化的二次开发的途径, 常用的方式有族表 (Family Table) 、Pro/Program、用户自定义特征 (UDF) 、J-Link以及Pro/TOOLKIT等。根据本次设计的目的在这里我们选用关系式、特征参数以及Pro/Program来进行设计。
Pro/ENGINEER软件对于每一个模型都有一个Pro/Program, 用于记录模型的主要涉及步骤和参数列表。其语言结构类似于BASIC高级语言。使得用户能够根据数模的设计要求来修改模型的程序, 运行程序后, 系统能够通过良好的人机交互界面来控制系统参数、特征是否显示、特征尺寸的大小等。应用该功能就能够方便快捷的对已经设计完成的参数化三维模型进行形状以及尺寸的后期修改工作, 适合开发齿轮、链轮、蜗轮蜗杆等复杂零件。
2 参数化直齿圆锥齿轮数模的建立
三维建模是指在Pro/ENGINEER软件中根据几何特征将零件的主体结构和尺寸关系进行优化, 使用参数化关系式将其数字化模型建立出来。参数化建模方式是使用参数化的数模通过修改参数来改变几何形状的尺寸, 使其实现最终产品的要求。参数化数模存储了设计的完整流程, 能设计出一个相关类别而不是单一的产品模型。使用这种设计方式的特点即全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动修改, 因此尤其适用于标准件以及通用件的系列产品的开发设计。
2.1 直齿圆锥齿轮的独立参数分析
利用Pro/ENGINEER进行直齿圆锥齿轮参数化建模时, 第一步按照设计要求找出决定零件关键结构的主要参数:模数M、齿数Z、啮合的齿轮齿数Z-ASM、分度圆直径D、基圆直径DB、齿顶圆直径DA、齿根圆直径DF、压力角α、齿轮宽度в、分度圆锥角τ、圆角半径F、轴径Shaft-D。各参数之间存在着一定的拓扑关系, 因此, 应以独立参数作为自变量通过关系式的来驱动非独立参数。在这里我们以建立在背锥展成平面的当量齿轮上来进行独立参数的选择。
根据以上分析就可以在Pro/ENGINEER的工具=>参数中建立独立参数表。最终得到的独立参数有:M (锥齿轮模数) 、Z (锥齿轮齿数) 、Z_ASM:啮合齿轮的齿数、ALPHA (压力角, 根据国家标准, 设定值为20) 、B (齿宽) ;HAX (齿高系数) ;CX (径向间隙系数) ;X (变位系数) 等。为了达到直齿圆锥齿轮的各项技术要求, 这些参数与齿轮尺寸、形状、位置可以通过建立关系式来产生驱动关系, 以此来对齿轮的形状结构进行修改。
2.2 圆锥齿轮的关系式分析
在Pro/ENGINEER系统中, 选择了适当的独立参数后, 第二步就需要通过独立参数来建立参数之间的关系式。在建立尺寸关系时, 应注意尺寸之间必须具有一定的全局性和连贯性, 尤其是尺寸参数的数值变化较大然后点击再生模型时, 常常出现模型生成失败以及特征相交而最终导致模型创建失败的问题。
在独立参数和非独立参数它们之间的关系式确定后, 就可以在Pro/ENGINEER的工具=>关系中依次写入如图1所示的参数之间的必要关系式。那么, 只要改变独立参数的数值, 通过关系式驱动就可以同时改变非独立参数的数值, 重塑模型形状, 实现参数化设计修改的最终目的。
2.3 参数化直齿圆锥齿轮的建模分析
本设计创建的是一个由用户修改参数通过关系式控制的直齿圆锥齿轮模型, 使用背锥上的当量齿轮进行相关计算。首先根据前述的分析创建用户独立参数, 并运用图1的关系式来改变非独立参数。然后利用渐开线方程创建齿形线, 驱动尺寸式得到大小端面的渐开线齿形, 通过Pro/ENGINEER的扫描混合建模方式来构造基本齿形, 通过镜像阵列最终完成直齿圆锥齿轮齿形的建立。在此过程中, 创建的特征都是由独立参数以及关系式来进行控制的, 最终使得模型完全是由用户通过参数控制来进行建模的。通过后续的程序编程就可将参数通过界面下方的输入提示来进行手工输入, 只要用户按提示输入模数、齿数、啮合齿数、齿宽等参数, 系统就根据用户的需求生成相应的数模, 满足使用。
3 利用Pro/Program实现模型重要参数修改
利用Pro/Program对Pro/ENGINEER的参数化模型进行尺寸参数的修改时不需要重写设计程序, 只是需要在程序的前段INPUT、ENDINPUT之间加入几个输入参数的语法指令就可以让模型变得柔性化, 提高适用性。主要方式是通过Pro/Program的模块功能来实现输入参数和传递参数的目的, 改变主要参数的尺寸利用关系式同步修改其他尺寸来达到改变模型尺寸的目的。针对本文中直齿圆锥齿轮的参数化设计, 只需要在Pro/Program中输入以下程序段:
完成程序编写后点击保存退出, 关闭窗口, 此时信息栏出现以下的提示信息:“要将所做的修改体现到模型中?”, 回答“是”。系统会出现“程序”菜单, 在下方点击“输入”。然后系统会弹出“INPUT SEL”菜单选项, 根据提示勾选我们需要更改的设计变量名称, 点击“完成选取”。信息栏会出现如图2所示的提示信息根据要求依次输入具体数值, 确定后模型就会自动重新生成。
4 结论
本文通过分析直齿圆锥齿轮零件的特点, 在Pro/E软件中利用参数表、关系式、Pro/Program程序控制独立变量来生成零件的可变尺寸的数模, 实现了直齿圆锥齿轮的参数化设计目的, 为该模型进一步进行有限元分析、运动仿真、数控加工等其他设计要求打下了基础, 同时也为本课题的其他模型的建立提供了设计方法, 从而实现产品的快速开发和设计。
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