沈偉斌

摘要： 隨著國外先進(jìn)機(jī)車技術(shù)的引進(jìn)，我國城市輕軌、地鐵動(dòng)車、快速列車是城市和城際客運(yùn)交通的發(fā)展方向，它以快速、大容量、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)及與環(huán)境的良好兼容為特征，發(fā)揮了鐵路的固有優(yōu)勢(shì)，因而在世界各地蓬勃發(fā)展。本文主要講述齒輪修形在機(jī)車上的應(yīng)用，及如何對(duì)齒輪進(jìn)行修形，和修形方法。

關(guān)鍵詞：齒輪修形；修形量；修形長(zhǎng)度；修形曲線

隨著國外先進(jìn)機(jī)車技術(shù)的引進(jìn)，我國城市輕軌、地鐵動(dòng)車、快速列車是城市和城際客運(yùn)交通的發(fā)展方向，它以快速、大容量、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)及與環(huán)境的良好兼容為特征，發(fā)揮了鐵路的固有優(yōu)勢(shì)，因而在世界各地蓬勃發(fā)展。目前我國正處于大力發(fā)展階段。在機(jī)車動(dòng)力牽引方向，齒輪傳動(dòng)越來越占主導(dǎo)作用，齒輪傳動(dòng)中，隨著轉(zhuǎn)速提高或載荷加大，輪齒的變形明顯增大，其支承系統(tǒng)的變形也會(huì)增大，再加上安裝制造等綜合誤差影響，不可避免地會(huì)出現(xiàn)嚙入、嚙出沖擊，載荷突變、速度波動(dòng)，以及由不同振型、頻率組成的各階振動(dòng)，從而降低傳動(dòng)精度、縮短使用壽命、降低承載能力、增大齒輪傳動(dòng)噪聲。齒輪修形可以盡可能地使齒輪在受載變形后齒面壓力分布均勻、減少偏載，同時(shí)齒輪在齒廓變形以后仍能保持運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、減少嚙入和嚙出的沖擊。

什么是齒輪修形，即齒輪修形就是切掉齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的干涉部分，其主要任務(wù)是確定修形的三要素：修形量、修形長(zhǎng)度和修形曲線。一般作法是：①沿漸開線相距等于基節(jié)的段不修形，嚙入端和嚙出端修形長(zhǎng)度相等，修形量從最大值逐漸變化到零；②修形可以是一對(duì)齒的齒頂修形，也可以是單個(gè)齒的齒頂和齒根同時(shí)修形、與之匹配的另一個(gè)齒不修形。

修形量：主要由輪齒受載產(chǎn)生的彈性變形和制造產(chǎn)生的齒距偏差決定。增、減速傳動(dòng)的修形量及齒形公差帶方向亦有所不同（主動(dòng)輪齒距稍大有利）。考慮實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及加工方便，各國各公司都有自己的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式及標(biāo)準(zhǔn)。采用滾剃切齒工藝時(shí)，齒形修形量可按規(guī)定在刀具基本齒廓上確定，硬齒面齒輪的修形量可在磨齒機(jī)上通過修形機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

在修形工藝上，采用配磨工藝時(shí)，制造產(chǎn)生的螺旋線誤差已得 到補(bǔ)償，齒向修形量主要考慮彈性變形和熱變形兩部分變形量的疊加。由于齒面高速滾滑和高速油氣流的摩擦產(chǎn)生的

熱量及軸承的影響，使齒輪溫升在體內(nèi)及齒寬方向分布不均勻，因此，研究齒輪的溫度場(chǎng)是熱變形修形的關(guān)鍵。通過有關(guān)研究，得出高速齒輪溫度場(chǎng)的主要規(guī)律有：

（1）溫升主要取決于齒輪的圓周速度，滿速后載荷的增加對(duì)溫升影響不大。

（2）高速軸向油氣流的摩擦造成嚙出端溫度升高，一般距嚙出端約1/6齒寬處溫度更高。

一般以vx來判斷熱變形程度。當(dāng)vx=400～500m/s時(shí)，熱變形不嚴(yán)重；vx達(dá)700m/s時(shí)，熱變形

較大；超過850m/s后，熱變形相當(dāng)嚴(yán)重，修形難度大。因人字齒角β大，vx小，其熱變形量及修形難 度比單斜齒小得多。 （3）小齒輪一般比大齒輪溫度高5℃～10℃，傳動(dòng)比小時(shí)高5℃～8℃。 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用使熱變形和彈性變形的效果相抵消的布置方式，減速傳動(dòng)應(yīng)使人字齒兩外側(cè)先進(jìn)入嚙合、單斜齒的小齒輪嚙入端的轉(zhuǎn)矩側(cè)，增速傳動(dòng)應(yīng)相反。

齒向修形通常只修小齒輪，有三種方式：齒端倒坡；鼓形齒；齒向修形，兩端倒坡。

前兩種方式適用于v<100m/s，熱變形小的情況。第三種方式適用于v≥100m/s的情況。

前兩種方式的修形量只按彈性變形量計(jì)算 0.013mm≤Δ≤0.035mm，l=0.25b；Δ1=Δ，Δ2= 0.00004b，l1=0.15b，l2=0.1b。 第三種方式的修形量，Δ1≤0.03mm，按彈性變形量計(jì)算；Δ2≤0.02mm，按熱變形量計(jì)算。

齒輪嚙合傳動(dòng)過程中主、被動(dòng)齒輪的基節(jié)必須處處相等，從理論上講，精確的漸開線剛性齒輪是完全能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)的。但實(shí)際中的齒輪副均為彈性體，在一定嚙合力作用下會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形，使處于嚙合線位置的主動(dòng)輪和被動(dòng)輪基節(jié)出現(xiàn)變化，不再相等。當(dāng)齒對(duì)2進(jìn)入嚙入位置時(shí)，由于齒對(duì)1的變形，主動(dòng)輪基節(jié)Pb1小于被動(dòng)輪基節(jié)Pb2，輪齒嚙入點(diǎn)的嚙合力驟然增高，形成了通常所說的嚙入沖擊。與此類似，在齒對(duì)1即將脫離嚙合接觸時(shí)，由于齒對(duì)2的變形，Pb1>Pb2，主動(dòng)輪齒頂將沿被動(dòng)輪齒根刮行，形成通常所說的嚙出沖擊 。 為了消除輪齒嚙入和嚙出沖擊，通常采用齒廓修形的方法，即沿齒高方向從齒面上去除一部分材料，從而改變齒廓形狀，消除齒對(duì)在嚙入、嚙出位置的幾何干涉.齒廓修形的參數(shù)包括修形量、修形長(zhǎng)度和修形曲線。在小齒輪齒頂修形量為01025mm，齒根修形量為0105mm，修形起點(diǎn)為單雙齒嚙合交替點(diǎn)，在修形曲線采用二次曲線的情況下，對(duì)各嚙合齒對(duì)上載荷進(jìn)行分配3。與未修形時(shí)相比，進(jìn)入嚙合位置載荷下降約20%，退出嚙合位置載荷下降約40%。增大修形 量，嚙入和嚙出位置輪齒上載荷還將進(jìn)一步降低。因此，齒廓修形可以顯著改善齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在載荷的作用下將會(huì)產(chǎn)生彈性變包括輪齒的彎曲變形、剪切變形和接觸變形，還有支撐軸的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。這些變形將會(huì)使輪齒的螺旋線發(fā)生畸變，導(dǎo)致輪齒沿一 端接觸，造成載荷分布不均勻，出現(xiàn)偏載現(xiàn)象.在前例中，由于主動(dòng)齒輪（大齒輪）支撐跨距小，齒輪直徑大，彎曲、扭轉(zhuǎn)變形小，因此，主動(dòng)齒輪螺旋角不修形。被動(dòng)齒輪（小齒輪）支撐跨距大，彎曲、扭轉(zhuǎn)變形大，因此，只對(duì)被動(dòng)齒輪進(jìn)行螺旋角修形。為被動(dòng)齒輪螺旋角修形量分別為0″、30″、46″、60″時(shí)齒向載荷的分配情況。在 螺旋角沒有修形的情況下（修形量為0″ ），載荷偏向轉(zhuǎn)矩輸入端；隨著修形量增大，偏載現(xiàn)象逐步改善，在修形量為46″的情況下，承載最大的輪齒上載荷最小，載荷沿齒寬對(duì)稱分布，螺旋角修形量取得最優(yōu)解；再增大修形量，載荷偏向輪齒另一端。

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，齒輪修形技術(shù)理論與工藝水平的提高必將推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。齒輪齒面修形部位、修形量和修形曲線應(yīng)針對(duì)各種不同的需求和具體對(duì)象，有目標(biāo)地展開工作。 與機(jī)械修形相比，齒輪電化學(xué)修形是一種成本低、效率高、加工表面質(zhì)量好的新工藝。在修形的同時(shí)，可降低齒輪表面粗糙度值及提高齒形精度。電化學(xué)齒輪修形這門新工藝必將展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 包耳.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].可再生能源，2004（2）：53

[3] 齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

[4] 尚振國，王華.船用齒輪修形接觸應(yīng)力有限元分析

[5] 趙海峰，蔣迪.ANSYS8.0工程結(jié)構(gòu)實(shí)例分析