楊燦輝

（重慶機床（集團）有限責(zé)任公司，重慶401336）

提升齒輪傳動壽命的強度匹配方法

楊燦輝

（重慶機床（集團）有限責(zé)任公司，重慶401336）

齒輪驅(qū)動的設(shè)計經(jīng)常與傳動元件壽命縮短的現(xiàn)象。而通過傳動元件的強度匹配可以有效的解決這個問題，從而提高齒輪的傳動壽命。從齒輪嚙合機理的角度出發(fā)，經(jīng)過對標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計參數(shù)的更改，使得蝸桿設(shè)計不僅可以滿足傳動比和強度的要求，而且反映了緊湊的結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)了傳動部分的嚙合強度匹配。本文首先簡要闡述了齒輪動態(tài)特性，再此基礎(chǔ)上研究了兩種齒輪參數(shù)的修正方法，即改變模量和同時改變壓力角和單一齒輪改變齒厚的兩種方法。

齒輪；傳輸壽命；力量匹配；方法

隨著工具設(shè)計和制造水平的提高和程序化軟件的應(yīng)用和普及，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計理念逐漸被淘汰。在機械傳動中，齒輪初期嚙合由于硬度不同會產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，長時間的磨損現(xiàn)象會導(dǎo)致動能失效。因此，驅(qū)動器再設(shè)計時要著重考慮齒輪嚙合的傳動比、強度、嚙合結(jié)構(gòu)等要求，這樣就可以使變速箱動能傳遞實現(xiàn)最大化。

國內(nèi)外有很多關(guān)于齒輪強度的設(shè)計，實驗和分析法是較為傳統(tǒng)的齒輪強度設(shè)計方法。近些年，有限元法深入剖析了各種對齒輪強度磨損的影響。例如，在盒子尺寸限定的情況下，通過壓力角和模量的改變就可以調(diào)整變位系數(shù)，以達到提高傳遞強度的目的。本文介紹了經(jīng)過驅(qū)動元件的耐久度來提高齒輪傳動壽命方法：首先是通過改變模數(shù)來提高蝸輪的耐久性；其次是采用增大塑料齒輪齒厚而減薄蝸桿的齒厚來保證嚙合強度的匹配性，以保證是塑料齒輪與金屬蝸桿的有效嚙合傳動。

1 齒輪的動態(tài)特性

齒輪的動態(tài)特性有齒輪的固定性、動態(tài)性、動態(tài)參數(shù)等三大特性。

（1）固有特性

齒輪的固定性指的是驅(qū)動系統(tǒng)的固有的傳動頻率和模式，齒輪的固定特性是齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性重要的組成部分之一。其主要特點對齒輪系統(tǒng)的固定傳動頻率與模式通過參數(shù)方法進行研究的一種方式。通過有限元法計算齒輪和箱體結(jié)構(gòu)的固有頻率和模式。運用對齒輪系統(tǒng)的靈敏度、動態(tài)優(yōu)化設(shè)計來研究齒輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、幾何、傳動規(guī)律、模式等參數(shù)，并對其進行相應(yīng)的改進，提高傳動系統(tǒng)的固有特性。

（2）動態(tài)響應(yīng)

齒輪系統(tǒng)在動態(tài)作用下的動態(tài)響應(yīng)是齒輪系統(tǒng)動力學(xué)研究的主要部分，包括齒輪的在傳動過程中的嚙合以及零部件的動態(tài)響應(yīng)等。研究齒的動態(tài)嚙合力主要是了解齒輪動態(tài)產(chǎn)生的機理、尺寸、性質(zhì)等。齒輪的驅(qū)動系統(tǒng)是一個參數(shù)激勵的傳動系統(tǒng)，與其它機械振動系統(tǒng)不同的是齒輪驅(qū)動系統(tǒng)具有動態(tài)穩(wěn)定性問題。通過對齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性問題進行分析，找出其影響穩(wěn)定性的關(guān)鍵原因所在，為齒輪傳動系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計提供參考。

（3）動態(tài)系統(tǒng)參數(shù)

齒輪動態(tài)系統(tǒng)參數(shù)主要是進行對齒輪在傳動過程中各種動態(tài)性能的研究，是研究齒輪系統(tǒng)動性能對齒輪傳動的影響。通過對行星齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)靈敏度分析，定量各種齒輪系統(tǒng)靈敏度參數(shù)以對齒輪在系統(tǒng)在傳動過程中的動態(tài)進行優(yōu)化設(shè)計。

2 可變模量和可變壓力角設(shè)計

當(dāng)傳動箱內(nèi)齒輪在傳動過程中嚙合時，進入嚙合區(qū)域內(nèi)的各個齒輪要滿足其嚙合條件。齒輪的交替嚙合是最為正確的結(jié)合方式，必須使嚙合線上的兩個相近齒輪在嚙合線基圓距離相等，兩個齒廓嚙合線與齒距相等，即：

上式中，Pb1與Pb2代表齒輪的基圓齒距。

將Pb1＝πmicosai帶入式一可得：

由于齒輪強度在設(shè)計中，模數(shù)和壓力角參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)值，所以公式二要滿足m1=m2、a1＝a2.由于齒輪強度在設(shè)計中，模數(shù)和壓力角參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)值，所以公式二要滿足。因此，通常的接合條件是：主驅(qū)動輪模量和壓力角相等。但從式二中可以看出，只要兩對齒輪基線一致就可以正常嚙合。而對于蝸輪傳動來講，其主要材料是銅合金，而鋼是蝸桿的主要材料，因此要進行淬火。在使用過程中由于蝸桿硬度較高，早期會對渦輪產(chǎn)生磨損。如果綜將蝸桿、渦輪的強度系數(shù)綜合考慮，早期的磨損問題便可以得到解決。即通過式二可知，這樣不僅增加了蝸桿壓力角和模數(shù)使得蝸輪強度增加，而且在降低蝸桿強度同時減少了蝸桿與渦輪的初期磨損。

根據(jù)式一、式二，齒輪強度設(shè)計過程中同時增加模量與壓力角來進一步提高強度系數(shù)。

3 變齒厚設(shè)計

3.1 塑料齒輪非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)化的齒輪模量和壓力角制造在我國工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)。而且，在兩個齒輪嚙合條件相匹配的情況下，滿足等式方程就能實現(xiàn)齒輪的正確嚙合。由于塑料齒輪由模具成型，沒有機加工的難易問題，可以設(shè)計成非標(biāo)準(zhǔn)的塑料齒輪，這種設(shè)計好處在于：cosa函數(shù)在（0，π/2）區(qū)間內(nèi)，余弦函數(shù)是遞減函數(shù)，即a越大cosa越小。假設(shè)m1和a1取非標(biāo)準(zhǔn)值，如m1=1，a1=20°此時，可以設(shè)計出非標(biāo)配套的齒輪，而且其值比原先的參數(shù)較大，齒輪強度的提升對于齒輪副來講作用也非常明顯。鑒于此，塑料齒輪的強度設(shè)計范圍可以更加廣闊，其實用性以及使用價值都得到提升。

4 結(jié)語

在傳動箱結(jié)構(gòu)相似、中心距離相等的情況下，增加了銅蝸桿模數(shù)與壓力角可增強齒輪強度，顯著提升蝸桿臂的嚙合強度。其次，銅渦輪齒厚增大，減薄蝸桿齒厚，這大大的提升了塑料齒輪和金屬蝸桿的使用年限，且陳本較低，適合批量生產(chǎn)。采用本文介紹的方法，開發(fā)的蝸輪在越野車以及踏板自動起落架減速機上得到應(yīng)用，使用效果良好。

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Enhance the Strength of the Gear Transmission Life Matching Method

YANG Can-hui
（Chongqing Machine Tool（group）Co.，Ltd.，Chongqing 401336，China）

The design of the gear drive and transmission components often shorten the life of the phenomenon.And by the strength of the drive element matching can effectively solve the problem，to raise life of gear transmission.From the perspective of gear meshing mechanism，after the change of design parameters of the standard，makes the worm design can not only meet the requirements of transmission ratio and intensity，and reflects the structure of compact，part of the meshing transmission strength match at the same time.At first，this paper briefly expounds the gear dynamic characteristics，and then based on this research the two kinds of the correction method of gear parameters，namely the change of modulus and at the same time changed pressure Angle and the single gear tooth thickness of the two methods.

gear；transmission of life；power matching；methods

TG457.25

A

1672-545X（2017）08-0277-02

2017-05-06

楊燦輝（1979-），男，湖南漣源人，工程碩士，高級工程師，研究方向：齒輪機床設(shè)計。