重载车辆变速箱齿轮齿廓修形技术研究

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重载车辆变速箱齿轮齿廓修形技术研究重载车辆变速箱齿轮齿廓修形技术研究
王
炎
马吉胜
刘海平
(军械工程学院 火炮工程系，
河北 石家庄
050003)
摘要
利用MSC.Marc软件对变速箱齿轮副进行准静态接触有限元分析，得到不同修形方式下齿
轮副传动误差、 齿面接触应力变化情况。针对重载车辆行驶工况恶劣， 齿轮负载变化大、 可靠性要求高
的特点，提出应以最大限度降低齿面接触应力峰值，且不增加齿轮系统传动误差波动为修形目标。
关键词
齿廓修形
接触有限元
重载齿轮
MSC.Marc
Research on Gear Tooth Profile Modification
of Gear
box in Heavy Vehicle
Wang Yan
Ma J isheng
Liu Haiping
( Department of Guns Engineering， Ordnance Engineeri ng College， Shiji az huang 050003， China)
Abstract
The quasi
static c ontact fini te element analysis of meshing gear is simulated using MSC. Marc sof t

ware， then transmission error and contact stress of gear are computed in di fferent tooth prof i le modification methods.
Due to the large load fluctuation of heavy vehicle， the target of tooth prof i le modi fication is suggested， that is to mini

mize the peak value of tooth contact stress to the full， and not to increase the transmis sion error fluctuation of gear sys

tem.
Key words
Tooth profile modi fication
Fini te element of c ontact
Heavy load gear
Msc.Marc
0
引言
重载车辆行驶环境恶劣， 变速箱齿轮负载峰值高、
波动大。由于齿轮受载弹性变形和加工误差的影响，
在啮入啮出时刻出现顶刃刮行现象， 产生齿轮噪声及
动载荷。严重的顶刃刮行还会使齿面接触应力急剧增
加，加速齿面的胶合失效。通过适当的齿廓修形可以
改善齿轮顶刃刮行状况， 达到减振降噪的目的。以往
学者以减小齿轮系统振动噪声为修形目标， 对额定负
载下的齿轮修形进行了大量卓有成效的工作[ 1- 4]
。而
对于重载车辆， 负载高且变化大，相对于齿轮系统的振
动噪声，齿轮的抗胶合能力更为重要。我们以接触有
限元理论为基础，对重载车辆齿轮的齿廓修形技术进
行研究。
1
齿廓修形参数
齿廓修形是指沿齿高方向从齿面上去除-部分材
料，从而改变齿廓形状，消除齿对在啮入、 啮出位置的
几何干涉。齿廓修形包括修缘、 修根和挖根， 为防止重
载齿轮齿根弯曲强度减弱，-般采用修缘工艺， 即对
主、 被动齿轮齿顶附近的齿廓修形。设计参数包括 3
个要素，即修形量、 修形长度和修形曲线。
1. 1
修形量
齿轮啮合过程如图1所示，在单齿啮合区的 B 点
和C 点承担着最大载荷， 其相应变形也最大。主动齿
轮齿顶修形量以退出双齿啮合时 B 点的综合变形量

出 为理论依据， 被动齿轮齿顶修形量以进入双齿啮
合时C 点综合变形量
入 为理论依据。则修形量可表
示为

出

2
i 1

b
Bi
s
Bi
c
Bi

入

2
i 1

b
Ci
s
Ci
c
Ci
式中，
b
B、
s
B、
c
B 分别表示B 点的弯曲变形量、 剪切变
形量、 挤压变形量;
b
C、
s
C、
c
C 分别表示C 点的弯曲变
形量、 剪切变形量、 挤压变形量; i 1 表示主动轮， i
2 表示被动轮。
齿轮啮合过程中的综合变形计算方法可分为 3
类:材料力学方法、 弹性力学方法和有限元法[ 5]
。由于
轮齿的啮合属于典型的表面接触问题， 我们采用有限