共軛曲線齒輪研究進展

共軛曲線齒輪研究進展陳兵奎重慶大學機械傳動國家重點實驗室2014年1月-1-主要內容研究背景1理論研究2樣機試制與實驗3小結4-2-主要內容研究背景1理論研究2樣機試制與實驗3小結4-3-1.研究背景《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》

---齒輪等基礎件列為第26優(yōu)先主題國務院《裝備制造業(yè)調整和振興規(guī)劃》---齒輪是產業(yè)調整和振興的任務之一基金委《機械工程學科發(fā)展戰(zhàn)略報告(2011~2020)》---精密傳動與驅動為優(yōu)先資助的領域齒輪-4-齒輪是國家優(yōu)先發(fā)展的主題和領域1.研究背景齒輪行業(yè)市場總規(guī)模和產銷額每年以15%左右的速度增長，2012年齒輪行業(yè)的年產值已近2000億元，排名穩(wěn)居世界第2位。-5-重大裝備高性能

齒輪傳動更高的彎曲強度更高的接觸強度更高的傳動效率高可靠性高速/重載低振動噪聲齒輪系統(tǒng)以直升機為例，通常要求轉速達20000~30000r/min,功率達4500KW以上,具有高可靠性，并且在貧油/無油等極端工況下具有較強的生存能力。-6-1.研究背景齒輪性能

影響因素嚙合齒面材料及熱處理………嚙合齒面是運動和動力變換的直接作用面齒輪性能影響因素-7-制造精度潤滑1.研究背景-8-嚙合齒面是齒輪創(chuàng)新發(fā)展的關鍵因素矩形齒擺線齒漸開線直齒輪漸開線斜齒輪1.研究背景新的接觸元素---解決問題新思路-9-球面管狀面柱面凸面凹面曲線接觸形式的多樣性及其曲面載體的多樣性為我們開展嚙合理論研究提供了新的思路1.研究背景主要內容研究背景1理論研究2樣機試制與實驗3小結4-10-給定曲線及運動共軛曲線2.1共軛曲線理論共軛曲線原理給定接觸方向論證接觸條件-11-2.1共軛曲線理論-12-論證典型共軛曲線圓柱螺旋線的共軛曲線仍是圓柱螺旋線漸開螺旋線的共軛曲線仍是漸開螺旋線圓錐螺旋線的共軛曲線仍是圓錐螺旋線蝸桿螺旋線的共軛曲線仍是圓柱螺旋線包絡理論凸凸接觸凸平接觸凸凹接觸嚙合管齒面構建新方法---等距包絡法沿給定方向等距-13-2.1共軛曲線理論-14-2.1共軛曲線理論以凹齒為例螺旋面（凹齒）螺旋面構建法共軛曲線等距線坐標變換指定法面截形凸凹齒廓接觸-15-2.1共軛曲線理論單齒成形（凸齒為例）單齒接觸接觸模型共軛曲面理論共軛曲線理論曲面1曲面2曲線1曲線2曲面1曲面2兩種理論對比(嚙合齒面形成方法與過程)-16-2.1共軛曲線理論2.1共軛曲線理論共軛曲面齒輪共軛曲線齒輪-17-嚙合的過程與效果對比平行軸共軛曲線齒輪共軛曲線錐齒輪(相交軸)共軛曲線蝸桿傳動(交錯軸)-18-2.2理論應用在共軛曲線齒輪嚙合理論研究的基礎上，提出新型的共軛曲線齒輪傳動：圓弧齒輪嚙合原理新闡釋2.2理論應用-19-給定圓柱螺旋線共軛曲線嚙合管齒面輪齒模型凸齒輪齒面方程凹齒輪齒面方程2.2理論應用-20-分類傳統(tǒng)嚙合原理共軛曲線原理結果嚙合元素曲面曲線不同接觸類型點接觸點接觸相同成形

原理借助媒介齒條推導螺旋面基于共軛曲線直接推導不同2.2理論應用-21-分類傳統(tǒng)嚙合原理共軛曲線原理結果幾何設計相同曲率計算相同2.2理論應用-22-相對主曲率半徑隨壓力角和

齒輪螺旋角變化相對主曲率半徑隨接觸角和

螺旋參數(shù)變化分類傳統(tǒng)嚙合原理共軛曲線原理結果齒面對照相同運動特性相同2.2理論應用-23-分類傳統(tǒng)嚙合原理共軛曲線原理結果嚙合特性相同強度理論相同2.2理論應用-24-保證傳動的連續(xù)性，應滿足漸開弧面齒輪2.2理論應用-25-

在漸開螺旋面上取一條空間螺旋線，其在端面投影為一段漸開線。漸開弧面齒輪2.2理論應用-26-幾何設計：基本齒廓確定；主要參數(shù)設計；齒形參數(shù)優(yōu)化等。凸齒面方程凹齒面方程漸開弧面齒輪2.2理論應用-27-中心距可分性增大中心距減少中心距漸開弧面齒輪2.2理論應用-28-力學及強度分析高彎曲強度高接觸強度高傳動效率漸開弧面齒輪漸開線齒輪2.2理論應用-29-給定圓錐螺旋線共軛曲線嚙合管齒面輪齒模型2.2理論應用共軛曲線錐齒輪（相交軸）錐齒輪凸齒面方程錐齒輪凹齒面方程任意夾角正交2.2理論應用共軛曲線嚙合管實體模型2.2理論應用-32-共軛曲線蝸輪蝸桿

主要內容研究背景1理論研究2樣機試制與實驗3小結4-33--34-共軛曲線齒輪3.樣機試制與實驗切齒仿真凹齒齒輪滾刀凸齒齒輪滾刀-35-切齒原理及滾刀設計切齒原理滾刀設計齒面方程：3.樣機試制與實驗mn=6mmmn=4mm-36-齒輪加工及檢測公法線、弦齒厚…螺旋線誤差、齒根圓誤差…齒輪加工產品檢測在線檢測齒輪檢測3.樣機試制與實驗試驗臺國產齒輪FLENDER齒輪共軛曲線齒輪控制臺-37-性能實驗及對比3.樣機試制與實驗(額定功率30KW)效率FLENDER硬齒面齒輪:98.5%國產硬齒面齒輪:97%共軛曲線軟齒面齒輪:96.5%額定功率30KW時效率：FLENDER齒輪國產齒輪共軛曲線齒輪-38-3.樣機試制與實驗測試儀器傳感器的布置-39-振動噪聲3.樣機試制與實驗3.樣機試制與實驗-40-承載能力國產齒輪FLENDER齒輪共軛曲線齒輪在功率55KW、轉速1500r/min下連續(xù)運行3小時后，國產減速器出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象，德國FLENDER減速器齒面輕微膠合，而共軛曲線齒輪未見異常。軟齒面共軛曲線齒輪的承載能力可達到硬齒面漸開線齒輪水平；硬齒面共軛曲線齒輪的承載能力可達硬齒面漸開線齒輪1倍以上。試驗前試驗后

(硬齒面磨齒)

(硬齒面磨齒)

(軟齒面滾齒)

主要內容研究背景