共轭曲线齿轮研究进展

共轭曲线齿轮研究进展陈兵奎重庆大学机械传动国家重点实验室2014年1月-1-主要内容研究背景1理论研究2样机试制与实验3小结4-2-主要内容研究背景1理论研究2样机试制与实验3小结4-3-1.研究背景《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》

---齿轮等基础件列为第26优先主题国务院《装备制造业调整和振兴规划》---齿轮是产业调整和振兴的任务之一基金委《机械工程学科发展战略报告(2011~2020)》---精密传动与驱动为优先资助的领域齿轮-4-齿轮是国家优先发展的主题和领域1.研究背景齿轮行业市场总规模和产销额每年以15%左右的速度增长，2012年齿轮行业的年产值已近2000亿元，排名稳居世界第2位。-5-重大装备高性能

齿轮传动更高的弯曲强度更高的接触强度更高的传动效率高可靠性高速/重载低振动噪声齿轮系统以直升机为例，通常要求转速达20000~30000r/min,功率达4500KW以上,具有高可靠性，并且在贫油/无油等极端工况下具有较强的生存能力。-6-1.研究背景齿轮性能

影响因素啮合齿面材料及热处理………啮合齿面是运动和动力变换的直接作用面齿轮性能影响因素-7-制造精度润滑1.研究背景-8-啮合齿面是齿轮创新发展的关键因素矩形齿摆线齿渐开线直齿轮渐开线斜齿轮1.研究背景新的接触元素---解决问题新思路-9-球面管状面柱面凸面凹面曲线接触形式的多样性及其曲面载体的多样性为我们开展啮合理论研究提供了新的思路1.研究背景主要内容研究背景1理论研究2样机试制与实验3小结4-10-给定曲线及运动共轭曲线2.1共轭曲线理论共轭曲线原理给定接触方向论证接触条件-11-2.1共轭曲线理论-12-论证典型共轭曲线圆柱螺旋线的共轭曲线仍是圆柱螺旋线渐开螺旋线的共轭曲线仍是渐开螺旋线圆锥螺旋线的共轭曲线仍是圆锥螺旋线蜗杆螺旋线的共轭曲线仍是圆柱螺旋线包络理论凸凸接触凸平接触凸凹接触啮合管齿面构建新方法---等距包络法沿给定方向等距-13-2.1共轭曲线理论-14-2.1共轭曲线理论以凹齿为例螺旋面（凹齿）螺旋面构建法共轭曲线等距线坐标变换指定法面截形凸凹齿廓接触-15-2.1共轭曲线理论单齿成形（凸齿为例）单齿接触接触模型共轭曲面理论共轭曲线理论曲面1曲面2曲线1曲线2曲面1曲面2两种理论对比(啮合齿面形成方法与过程)-16-2.1共轭曲线理论2.1共轭曲线理论共轭曲面齿轮共轭曲线齿轮-17-啮合的过程与效果对比平行轴共轭曲线齿轮共轭曲线锥齿轮(相交轴)共轭曲线蜗杆传动(交错轴)-18-2.2理论应用在共轭曲线齿轮啮合理论研究的基础上，提出新型的共轭曲线齿轮传动：圆弧齿轮啮合原理新阐释2.2理论应用-19-给定圆柱螺旋线共轭曲线啮合管齿面轮齿模型凸齿轮齿面方程凹齿轮齿面方程2.2理论应用-20-分类传统啮合原理共轭曲线原理结果啮合元素曲面曲线不同接触类型点接触点接触相同成形

原理借助媒介齿条推导螺旋面基于共轭曲线直接推导不同2.2理论应用-21-分类传统啮合原理共轭曲线原理结果几何设计相同曲率计算相同2.2理论应用-22-相对主曲率半径随压力角和

齿轮螺旋角变化相对主曲率半径随接触角和

螺旋参数变化分类传统啮合原理共轭曲线原理结果齿面对照相同运动特性相同2.2理论应用-23-分类传统啮合原理共轭曲线原理结果啮合特性相同强度理论相同2.2理论应用-24-保证传动的连续性，应满足渐开弧面齿轮2.2理论应用-25-

在渐开螺旋面上取一条空间螺旋线，其在端面投影为一段渐开线。渐开弧面齿轮2.2理论应用-26-几何设计：基本齿廓确定；主要参数设计；齿形参数优化等。凸齿面方程凹齿面方程渐开弧面齿轮2.2理论应用-27-中心距可分性增大中心距减少中心距渐开弧面齿轮2.2理论应用-28-力学及强度分析高弯曲强度高接触强度高传动效率渐开弧面齿轮渐开线齿轮2.2理论应用-29-给定圆锥螺旋线共轭曲线啮合管齿面轮齿模型2.2理论应用共轭曲线锥齿轮（相交轴）锥齿轮凸齿面方程锥齿轮凹齿面方程任意夹角正交2.2理论应用共轭曲线啮合管实体模型2.2理论应用-32-共轭曲线蜗轮蜗杆

主要内容研究背景1理论研究2样机试制与实验3小结4-33--34-共轭曲线齿轮3.样机试制与实验切齿仿真凹齿齿轮滚刀凸齿齿轮滚刀-35-切齿原理及滚刀设计切齿原理滚刀设计齿面方程：3.样机试制与实验mn=6mmmn=4mm-36-齿轮加工及检测公法线、弦齿厚…螺旋线误差、齿根圆误差…齿轮加工产品检测在线检测齿轮检测3.样机试制与实验试验台国产齿轮FLENDER齿轮共轭曲线齿轮控制台-37-性能实验及对比3.样机试制与实验(额定功率30KW)效率FLENDER硬齿面齿轮:98.5%国产硬齿面齿轮:97%共轭曲线软齿面齿轮:96.5%额定功率30KW时效率：FLENDER齿轮国产齿轮共轭曲线齿轮-38-3.样机试制与实验测试仪器传感器的布置-39-振动噪声3.样机试制与实验3.样机试制与实验-40-承载能力国产齿轮FLENDER齿轮共轭曲线齿轮在功率55KW、转速1500r/min下连续运行3小时后，国产减速器出现断齿现象，德国FLENDER减速器齿面轻微胶合，而共轭曲线齿轮未见异常。软齿面共轭曲线齿轮的承载能力可达到硬齿面渐开线齿轮水平；硬齿面共轭曲线齿轮的承载能力可达硬齿面渐开线齿轮1倍以上。试验前试验后

(硬齿面磨齿)

(硬齿面磨齿)

(软齿面滚齿)

主要内容研究背景