毕业设计（论文）外文资料翻译学 院： 专 业：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：外文出处：Mechanism and Machine Theory（用外文写）34 (1999) 857-876附 件：1•外文资料翻译译文；2•外文原文指导教师评语：签名：2009年 月 日附件1:外文资料翻译译文动力传动锥渐开线齿轮的设计、制造和应用Dr. J. Borner, K. Humm, Dr. F. Joachim, Dr. H. akaria, ZF Friedrichshafen AG , 88038Friedrichshafen, Germany；［摘要］圆锥渐开线齿轮（斜面体齿轮）被用于交叉 或倾斜轴变速器和平行轴自由侧隙变速器中圆 锥齿轮是在齿宽横断面上具有不同齿顶高修正 （齿厚）的直齿或斜齿圆柱齿轮这类齿轮的几何 形状是已知的，但应用在动力传动上则多少是个 例外ZF公司已将该斜面体齿轮装置应用于各 种场合:4W D轿车传动装置、船用变速器（主要 用于快艇）机器人齿轮箱和工业传动等领域斜 面体齿轮的模数在0. 7 mm-8 mm之间，交叉传动角在0 25°这些边界条件需要对斜面体齿轮的设计、制造和质量 有一个深入的理解。
在锥齿轮传动中为获得高承载能力和低噪声所必须进行的齿侧修形 可采用范成法磨削工艺制造为降低制造成本，机床设定和由于磨削加工造成的齿侧偏 差可在设计阶段利用仿真制造进行计算本文从总体丄介绍了动力传动变速器斜而体齿 轮的研发，包括:基本几何形状、宏观及微观几何形状的设计、仿真、制造、齿轮测量 和试验1刖B在变速器中如果各轴轴线不平行的话，转矩传递可米用多种设计，例如:伞齿轮或 冠齿轮、万向节轴或圆锥渐开线齿轮（斜面体齿轮）圆锥渐开线齿轮特别适用于小轴线 角度（小于15° ）,该齿轮的优点是在制造、结构特点和输入多样性等方而的简易圆锥 渐开线齿轮被用于直角或交叉轴传动的变速器或被用于平行轴口由侧隙工况的变速器 由于锥角的选择并不取决于轴线交角，配对的齿轮也可能采用圆柱齿轮斜而体齿轮可 制成外啮合和内齿轮，整个可选齿轮副矩阵见表1,它为设计者提供了高度的灵活性圆锥齿轮是在齿宽横截面上具有不同齿顶高修正（齿厚）量的直齿轮或斜齿轮 它们能与各种用同一-把基准齿条刀具切制成的齿轮相啮合斜面体齿轮的几何形状是已 知的，但它们很少应用在动力传动上过去，未曾对斜面体齿轮的承载能力和噪声进行m I 例顺船川变速；二 1.2- 2.9： I35OLWI过任何大范围的试验研究。
标准（诸如 适用于圆柱齿轮的IS06336）.计算方 法和强度值都是未知的因此，必须 开发计算方法、获得承载能力数值和 算出用于生产和质量保证的规范在 过去的15年中，ZF公司己为锥齿轮开 发了多种应用：1、 输出轴具有下倾角的船用变速 [1、3]图・12、 转向器[1]3、 机器人用小齿隙行星齿轮装置（交叉轴角度1 ° 一 3[2]4、 商用车辆的输送齿轮箱（垃圾倾倒车）5、 AWD用自动变速器[4],图22齿轮几何形状2. 1宏观几何形状简而言之，斜面体齿轮可看成是一个在齿宽横截面上连续改变齿顶高修正的圆 柱齿轮，如图3为此，根据齿根锥角§刀具向齿轮轴线倾斜[1]结果形成了齿轮基 圆尺寸螺旋角，左/右tan(7 ・sin/tan 3 R j =tan B • cos & |1 (1)cos/?横向压力角左/右tan 匕R、Ltana”，• cos/ 门 门±tan/?> J人轮cos 0(2)基圆直径"dRJ.Z叽 cos%cos 0R,L左右侧不同的基圆导致斜齿轮齿廓形状的不 均匀，图3采用齿条类刀具加工将使得齿根锥 具有相应的根锥角5齿顶角设计成这样以使得 顶端避免与被啮合齿轮发牛干涉，并获得最大接h »-'i | Q ｝：丈益 6111*32 I川用m 3袒■休曲伦的横域的私状触区域。
由此导致在齿宽横截面上具有不同的齿高由于儿何设计限制了根切和齿顶形 状，实际齿宽随锥角增加血减小锥齿轮传动合适的锥角最大约为15° o2. 2微观几何形状一对伞齿轮通常形成点状接触除接触外，在齿侧还存在问隙，如图7齿轮修形设计的H的是减小这些间隙以形成平坦而均匀的接触通过逐步应用啮合定律有可能对齿侧进行精确的计算[5],图4最后，在原始侧生成半径为p和法向矢量为叫的P1 点这生成速度矢量V円及对于在啮合一侧所生成的点，有半径矢量92：rPI * sin y'Vp! = 691 • < rpx *cos/f > (4)0Lp2 — (5)和速度矢量*24出侧共牝点的T成・血化A 个Mil:_ />! * sinVp2 = •< s * cos (6)0角速度根据齿轮速比确定：(7)s角度Y被反复迭代直至满足下代«1X(EP2-EP1)=Q啮合点P&偏转02角度02=—01 •丄 （9）绕齿轮轴转动，形成共轨点P2Esis3传动装置设计3. 1根切和齿顶形状斜面体齿轮的可用齿 宽受到大端齿顶形状和小端根 切的限制，见图3齿高愈高（为 获得较大的齿高变位量），理论 可用齿宽愈窄小端根切和大齿轮轴平面小端端齿顶形状导致齿高变位量沿齿宽方向发生变化。
为一对齿轮的锥角大致相同时可获得最15 •对交义轴儿坨制I』儿侧和II- 1出齿侧的作1中城大的可用齿宽若齿轮副中小 齿轮愈小，则该小齿轮必须采用更小的锥角齿顶锥角小于齿根锥角时，通常能在小端 获得有用的渐开线，而在大端处有足够齿顶问隙，这时大端的齿顶形状并不太严重504030////J6 2 8 4 • • • • llooO9284径1直80o76图6速度为500rPm的交义轴齿轮副任I杵［乂域的AML I. T・ £M AJ： 3 Al.■ ■<非r•作侧非工作侧图8 缥確他归30° •交乂轴夬U1圧l(T的斜Al 休曲轮传动剧何陳川较小的 5.49° 右：根 ffi/fiOIO.81*斜面体齿轮工作区域产生 扭歪的原因是圆锥半径有形成平行 四边形趋势另外，工作压力角在 齿宽横截而方向的改变也造成工作 区域的扭曲图5是一个例子在 交叉轴传动的斜面体齿轮上存在一 滚动轴；如同圆柱齿轮副的滚动点 -•样，在该轴上不存在滑动对于 倾斜轴布置血言，在轮齿啮合处总 存在另外的轴向滑动由于工作压 力角在齿宽横截面上变化，从小 端到大端的接触区内的接触轨迹 有很大的变化因此，沿齿宽方 向在齿顶和齿根处具有明显不同 的滑动速度。
在齿轮中部，齿顶 高修正的选择是杲于圆柱齿轮副 的规范;在主动齿轮根部的接触 轨迹将小于齿顶的接触轨迹图 6给岀了斜而体齿轮副主动齿轮 滑动速度的分布4接触分析和修形4. 1点接触和间隙在未修止齿轮传动中，由于轴线倾斜，通常仅有一点接 触沿可能接触线出现的间隙可 人致解释为螺旋凸起和齿侧廓线 角度的偏差所致圆柱齿轮左右 侧间隙与轴线交叉尢关对于螺驱动侧■ 160-180140-1600 120-140□ 100-120□ 80-100口 60-8040-602()・4()0-20非工作侧SS图9 齿聯扌H曲与螺旋角和交叉轴线角的羌系旋齿轮血言，半两斜而体齿轮锥角大致相同时，其产生的间隙也几乎相等随两齿轮锥 角和螺旋角不一•致的增加，左右侧间隙的不同程度也增加在工作压力角较小吋将导致更大的间隙图7给出了具有相同锥角交叉轴传动的斜 面体齿轮副所出现的间隙图8显示了具有相同10°交叉轴线和30°螺旋角齿轮在左 右侧问隙方而的差异两侧平均间隙的数值在很大程度上与螺旋角无关，但与两齿轮的锥角相关螺旋角和锥角的选择决定了齿轮左右侧平均间隙的分布倾斜轴线布置对接触间隙 产牛额外影响这将有效减少齿轮一-侧的螺旋凸形。
如果垂直轴线与总基圆半径相同， 并且基圆柱螺旋角之差等于交叉轴角的话，间隙减小到零并出现线接触然而，在另一侧 将出现明显的间隙如果正交的轴线进一步扩大直至变成圆柱交叉轴螺旋齿轮副的话, 其两侧问隙等同于较小的螺旋凸形除螺旋凸形外，明显的齿廓扭曲（见图8）也是斜而体齿轮的间隙特征随螺旋角增加齿廓 扭曲也随之增加图9表明图7所示 齿轮装置的齿廓是如何扭曲为补偿 齿轮啮合中所存在的间隙，必须采用 齿侧拓扑修形，该类修形可明显补偿 螺旋凸形和轮廓扭曲未对齿廓扭曲 作补偿的话，在工作区域仅有一-个对 角线状的接触带，见图10o4.2齿侧修形对于一定程度的补偿血言，必需 的齿面形状可由实际间隙所决定图 11给出了这些样品的齿形几何特 征采用修止后的接触率得到了很大 改善如图12所示为应用在系列生 产中，其H标总是能使用磨床加工这 类齿面，对此的选择在第6节论述 除间隙补偿外，齿顶修形也是有益 的修形减少了啮合开始和结束阶段的负荷，并能提供一较低的噪声激励源然血，斜而体齿轮的齿顶修形在齿宽横截面丄的 加工总量上和长度上是不同的问题主要出现在具有一个大根锥角但顶锥角与根锥角存 在偏差的齿轮丄因此齿顶修形在小端明显大于大端。
如齿轮需要在啮合开始和结朿处修形,则必须接受这种不均匀的齿顶修形利用其它锥角如根锥角进行齿顶修形加工也是可行的但是，这样需要专门用于齿顶卸载的专用磨削设备与范成法磨削方法无关,表2齿宽横戴面上承载能力的主要影响因素(S=小大)变曲应力参数小端人端齿根弦s ®L ©齿根圆角半轻L ©S ®齿根圆角半径节圆上的切向力L ®S ©齿廉接触率L ©s ®接触应力参数小端大端曲率半径S ®M ©f010()8060402()0片 22.416.811图io齿®扭曲补偿对裁荷分布的影响28.0齿侧修正可采用诸如怖磨等 手段；但在斜面体齿轮上应 用这些方法尚处在早期开发 阶段5承载能力和噪声激 励5.1计算标准的应用斜面体齿轮齿侧和 根部承载能力仅可用圆柱齿 轮的计算标准(ISO 6336, DIN 3990, AGMAC95)作近似 估算具体计算时用圆柱齿 轮副替代斜面体齿轮，用斜面 体齿轮中部的齿宽来定义圆 柱齿轮的参数虽然斜面体齿 轮齿廓是非对称的，但在替代 齿轮中可不予考虑替代齿轮 的中心距由斜面体齿轮中部 齿宽处的工作节圆半径确定 为计及齿宽横截面吋，各项独 立的参数都会变化，这将明显 影响承载能力。
表2给出了影响齿 根和齿侧承载能力的主要因 素由于沿大端方向减小轮齿齿根。