设计精确的双圆弧圆柱斜齿轮传动副

hyfjy

uu_sea 发表于 2022-11-11 10:47
费老，对于“提高齿轮的精度较难，只能用软齿面滚切出齿轮”这一点，我认为可以考虑采用“渗碳淬火钢+热 ...

刮削热后的双圆弧齿轮在上世纪就已经采用了，但从各种齿轮零件刮削的结果看，仍然无法与展成法的磨削更让人信服，刮削产生的表面拉应力残余，要比磨削更难以控制，这些问题都是工艺方法造成的问题，只有革新了工艺方法，才能解决的。


下面是第六版机械设计手册中截取的一段文字

zengxiaodong

uu_sea 发表于 2022-11-11 10:47
费老，对于“提高齿轮的精度较难，只能用软齿面滚切出齿轮”这一点，我认为可以考虑采用“渗碳淬火钢+热 ...

硬刮加工确实在一定的范围内可以，但是，很少有人用，为何呢？因为硬刮加工对于机床、刀具、工人等等都有很高的要求，并不是随随便便就可以达到理想加工质量的，总之一句话，与磨齿加工相比，硬刮加工既没有成本价格优势，也没有精度品质优势！


郑机所在实验室不计成本硬刮加工出理想的硬齿面圆弧齿轮，然后进行承载能力疲劳测试，其结论是：硬齿面圆弧齿轮承载能力可以媲美硬齿面渐开线齿轮！

zengxiaodong

hyfjy 发表于 2022-11-11 21:47
刮削热后的双圆弧齿轮在上世纪就已经采用了，但从各种齿轮零件刮削的结果看，仍然无法与展成法的磨削更让 ...

费老师，看了机械设计手册这段截图，真是令人感慨万千！


从文字看起来，似乎圆弧齿轮还可以，实则金玉其外败絮其中。半个世纪以来，圆弧齿轮真的是弯道翻车的典范，就像中国特色一样一样。石油磕头机用齿轮箱，在兰州所的力推下系列化采用圆弧齿轮传动，不知道让中国少生产了多少亿吨石油？打开国门以后，还导致我国的抽油机齿轮箱（甚至抽油机整机）无法出口，因为齿轮不符合国际标准......

clbxwxy

hyfjy 发表于 2022-11-8 18:13
UG软件的二次开发，这款软件的二次开发功能十分强大，且亲民，其余的二款机械上常用的软件PROE或者是SW软 ...

谢谢前辈！平时用的solid works比较多，向您学习！

DD99

"用科学的严谨态度对待自己尚不了解的知识，是技术人应取的态度" 说的好。我就想知道圆弧齿轮与渐开线齿轮同等条件下，如果承载能力相差不多但寿命哪个长呢。如果圆弧齿轮只是滚动显然寿命是要长些的，用在长寿命低维护的设备上会更好。因为国外没有就否定自己不可取。

zengxiaodong

mwp2022 发表于 2022-11-9 09:55
大师，这种齿轮的优势是什么啊？

承载能力本身就包含了寿命信息。

hyfjy

回答以上几位朋友的疑问，我们用模数10mm的双圆弧齿轮对比渐开线齿轮，取同样的基本参数，体积差不多一样中心距一样，渐开线齿轮采用的是零变位，略加强小轮强度，减少大轮强度，采用同样的材质，在同样的负载情况下，用ANSYS进行计算，得到的是双圆弧齿轮所产生的最大拉应力，最大压应力，都优于渐开线齿轮，通常在进行有限元分析时，把3%以内的误差作为不可信误差，把超过5%的误差，看成是有一定的优势，如果误差超过20%，说明是一定有使用价值的，而我们计算的结果，优势约在40%-60%之间，后来又用模数为1mm的同样参数的模型进行了另一次计算，这优势的比例基本不变，从这比较孤立的计算看，双圆弧齿轮传动还真的有点让人心动不已，我们百搞小微型产品的，经常会遇到在关键的时候，塑料齿轮的强度差得不多，但从寿命上说，就差那么一点，如果在结构上稍加改动，会不会就达到了目的？所以我们也开始了进一步的探索。

hyfjy

齿根强度高通常非常好理解，由可能产生的齿根切，变成了全圆弧，与齿的下半部光滑连接，这样的结构，会明显增加齿根强度，齿面强度的提高，就是典型的因为接触方式发生了改变，由凸凸接触，变成了曲率半径接近的凸凹接触，比较容易产生接触面积的急剧扩大，所以应力会明显降低，我们也考虑过，在接触总面积上，双圆弧齿轮应该没有什么优势，但有限元分析的结果，是优势很大的，所以又可以理解为曲率半径接近的曲面接触，接触点会迅速扩大为一个相当的面积，以减少应力，这个过程，一定优于凸凸面接触，应力点不是太容易产生接触点迅速扩大，变形的范围会增加原先的点接触，会受到强烈的压缩变形产生的压应力才能逐步得到需要的接触面积，在这个过程中，最大应力产生于最初的接触点及附近。这只是一种纯推理性的定性分析，没有具体的量分析，尚不能最后确定这样的结构的最终优势。
所以不断的使用，在使用中或许可以理解任何一种结构的齿轮的最小应力循环次数，然后才能逐步得到比较普遍的结论。
至于在小型齿轮零件上用成型法大量加工得到性能优异的结构，对于塑料精的材质，恰恰有着非常大的吸引力，对于粉未冶金材质的齿轮也具有优势，齿根的优势可以弥补粉未冶金材质的抗拉强度较低，容易发生齿根折断而材质的抗压性能也比较强。从这些看法出发，努力去试验，从大量的试验中得到结果。

hyfjy

本论题的5楼，是有限元分析的原报告，并加上了最终分析结果上各种情况下最大应力的量值和位置图，值得仔细对比分析。

zengxiaodong

在软齿面齿轮中，只要按照接触疲劳强度来设计，往往弯曲疲劳寿命有很大的富裕，也就是软齿面齿轮很少会有弯曲疲劳强度不够的问题。

在硬齿面齿轮中，由于极大减小了齿轮的尺寸，弯曲疲劳强度的富裕量就大大减少了，因此硬齿面齿轮反而易于出现弯曲疲劳断齿的问题，为了防止这种失效，可以适当加大模数（减少齿数）即可显著提升弯曲疲劳安全系数！