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一种新型测量齿轮的设计及其刚度校验

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  • 发布时间:2014-08-24
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Design and Stiffness Verification of a New Type of M easuring GearLU Xiongxiong,QIAN Zhiliang,YU Xinmiao,LIU Han,WANG Lihuan(Mechanical and Electrical Colege,Suzhow University,Suzhou 215021,China)Abstract:In this paper,aimed at the design of measuring gear technology,a new type of measuring gear composed bytwo half gear was designed.Traditional double-flank engagement and single-flank engagement can only respectively obtainthe radial composite deviations and tangential composite deviations.By using the new measuring gear,measuring gear devia-tion can obtain the radial composite deviations and tangential composite deviations at one time,which significantly improvesthe efficiency.The stiffness of the new measuring gear was analyzed by MSC.Patran& Nastran software,which proved itsusefulness。

Key words:half-measuring gear,gear measuring,Pro/E modeling,finite element analysis齿轮是现代机械 中应用最为广泛的-种传动零件,用于传递空间任意相交轴之间的运动和动力。

齿轮的制造精度直接影响到齿轮的工作性能和使用寿命,随着齿轮应用研究的深入,齿轮的精度检测和偏差测量成为-些特定行业齿 轮生产 的必备环节。

例如:美国的车辆齿轮生产企业都对成品齿轮进行100 的测量 ,以满足车辆齿轮的质量要求。我国在这方面的研究和应用才刚刚起步。

在齿轮的测量技术中,关键部分就是测量齿轮的设计。 自从齿轮测量技术应用 以来 ,国内外 的专家学者对测量齿轮的设计提 出过很多设想 ,其 中比较有效并 投人 实际应用 的主要有 :由石 照耀研 究员1 提 出的测量锥度偏差和倾斜偏差的特殊测量齿轮 ,如图 1所示 ,该齿轮采用 中凹结构 ,只在两端与被测齿轮进行啮合 ;由张兆龙2]提出的分别测量齿形线 、齿 向线 、全齿 和传动齿 的多种类型 的测量齿轮 ,如图 2所示。

图 1 测量锥 度偏 差的特殊 测量齿轮图 2 多种类型的测量齿轮齿廓1 齿轮测量技术现状齿轮测量技术的发展有近百年的历史。针对不同的检测项 目,其相应 的齿轮测量技术根据不同的测量原理 ,大体可分为 3种类 型:1)基于齿轮几何精度理论 ,采用坐标式几何解析测量法 的齿轮单项几何偏差测量技术 ;2)基于模拟齿轮的真实使用状态,采用标准齿轮与被测齿轮啮合滚动式测量法的综合齿轮测量技术 ;3)基于齿轮形状位置精度和传动精度问相互关系的齿轮整体误差理论,采用坐标式几何解析或啮合滚动点扫描法的齿轮整体误差测量技术 。

其中,综合测量又分为单面啮合测量和双面啮合测量 。使用单面 啮合仪测量 ,可得到与标准齿轮相啮合的齿轮齿面的切向综合偏差和单齿切向综合偏差 ,如果对齿轮左右齿面的综合切 向偏差进行-定 的处理 ,还能提取出齿隙变化曲线 ,得到齿隙偏差量;使用双面啮合仪测得被测齿轮径向综合偏差和单齿径 向综合偏差 。由于综合测量技术的测量原理简单,对环境无特殊要求且测量齿轮制造简便;因此 ,被广泛应用在生产现场的齿轮 自动测量机上。

目前,不管是单面啮合仪还是双面啮合仪,测量时被测齿轮旋转 1周都只能得到单侧齿面或 1个方向的测量数据,而且由于单面啮合和双面啮合的测《新技术新工艺》设计计算与试验研究 r'-豢新技术新工艺 2013年 第 7期量方式不 同,使 它们采用的测量齿轮也不-样。基于上述不足 ,本文提出了-种 由 2个半齿组合成 1个完整齿轮的新型半齿测量齿轮 ,其制作与现有 的测量齿轮制作过程相仿;但是,只需 1次测量,就可以同时得到被测齿轮左右齿面的切向综合偏差和径向综合偏差 ,大大提高了测量效率。

2 新型测量齿轮的结构和工作原理2.1 新型测量齿轮的结构如图 3所示为组成新型测量齿轮的其中 1个半齿 ,另 1个半齿的结构与之-样 ,2个半齿组合起来就成为 1个完整的半齿测量齿轮 。

半齿的结构特点是:1)在齿轮的横剖面内,齿轮轮齿仅具有传统测量齿轮轮齿对称 中线-侧的半个轮齿,对称中线另-侧的半个轮齿及其与之相连的部分轮缘被切去,形成半齿槽;2)在齿轮的轴剖面内,齿轮仅具有传统测量 齿轮轴 向对称平面-侧的轮辐和轮毂 ,轴向对称平 面另-侧的轮辐 和轮毂被切去 ,形成空腔 ;3)沿齿轮轴线方向,轮齿的半个齿宽与轮辐和轮毂相连,另半个齿宽悬伸。

将 1个半齿测量齿轮轮齿 的悬伸端 ,插入另 1个半齿测量齿轮的半齿槽 ,组成全齿测量齿轮后 ,2个半齿测量齿轮能绕公共轴线进行微角转动 ,且 2个半齿之间装有扭力机构,使它们连接起来相互之间有 1个微转角,使得所组成的测量齿轮成为齿厚(或齿槽宽)可变的测量齿轮。

轮辐轮皴轮缘轴向列[/ [a1 d三向 b)侧 韧图 3 新型测量齿轮 的结构示 意图2.2 新型测量齿轮的工作原理该新型测量齿轮组装时,其中 1个半齿测量齿轮轮齿 的悬伸部分,插在另 1个半齿测量齿轮的半齿槽中,它们之间装有扭力机构,使得 2个半齿测量齿轮组成全齿测量齿轮后 ,能相对微角转动。测量齿轮 中的 1个半齿测量齿轮 (称为齿轮 A)与轴 固连 ,另 1个半齿测量齿轮(称为齿轮 B)与轴活套 ,齿轮 B相对 于齿轮 A能绕安装轴的轴线灵活转动 。

54如图 4所示 ,测量齿轮与被测齿轮单面啮合传动测量时,测量齿轮中与轴固定连接的半齿测量齿轮 A 以转角 逆时针转动,通过微力接触缓速转动单面啮合传动,驱使被测齿轮以转角 - ( )顺时针转动 1周 。由于测量齿轮制造精度高,传动误差可认为完全源于被测齿轮;所以,可得到被测齿轮右侧齿面(与半齿测量齿 轮 A相接触的-侧 齿面)以转角表示的切向综合偏差 ,为:- (声)- 声 (0≤ ≤ 、0≤ ≤ 2n)(1)Z2式中, 为被测齿轮的齿数; 为测量齿轮的齿数 ;为测量齿轮的最大测量转角。

半齿图 4 新型测量齿轮的工作原理 图同时,在半齿测量齿轮 A与被测齿轮右齿面啮合转动过程中,半齿测量齿轮 B受微转矩作用,在与被测齿轮左侧齿面保持微力接触的情况下 ,相对于半齿测量齿轮 A转动 ,相对转角 且A-臼BA( )。于是 ,半齿测量齿轮 B在上述测量过程中的实际转角- j5‰ (声)。由于半齿测量齿轮 B与半齿测量齿轮 A是相对独立 的;所 以,在考虑半齿测量齿轮B与被测齿轮左侧齿面 的单 面啮合时 ,与半齿测量齿轮 B的转角 相对应 的被测齿轮的转角为 ( )。

于是 ,被测齿轮左侧齿面 以转角表示的切向综合偏差 为 :- ( )- - 8A- (声) (2)Z2 Z2直接根据上述单面啮合测量的结果 ,可导出被测齿轮的径向综合偏差 Aa。

3 新型测量齿轮初始间隙的确定新型测量齿轮由 2个半齿组合而成 ,由于 2个半齿之间连接的扭力机构作用,使得测量齿轮的初始状态如图 5所示,半齿 A轮齿上的面 2紧贴半齿B轮齿上的面 2 ,半齿 A轮齿上的面 1和半齿 B轮齿上 的面 2 之间有 1个初始间隙 △L。此时 ,2个半齿组成的齿廓面 abcde是-个完整 的标准测量齿轮的齿廓面,其齿廓形状、尺寸和精度应满足标准测量齿轮齿廓的要求。

初始间隙 △L的允许值不能太小,否则可能 出《新技术新工艺》设计计算与试验研究新技术新工艺 2013年 第 7期关于某型履带车辆制动器的有限元分析与研究孙玉豹(中海能源发展采 油技术服务公 司 增产作业分公 司,天津 300452)摘 要 :ABAQUS有限元软件是 国际上最先进 的大型通用有限元软件之-,它可以分析复杂的工程力学问题,不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状。本文利用ABAQUS有限元软件,对某履带车辆制动器进行分析研 究。利用三维 CAD建模软件 Pro/E,创建某履 带车辆制动器模型,导入有 限元分析软件进行有限元分析 ,提取 了不同时刻制动 瓦的应 力云图及部分制动 瓦中心节点处,以及 应力最大值 点处的应力随时间变化的关系曲线,分析 了制动带接触界 面的应力分布规律和制动带的最大位移,从而可以为制动 器的设计改进奠定基矗关键词 :履带车辆 ;制动器;有 限元分析中图分类号 :TJ 33 文献标志码 :AFinite Element Analysis of a Type of Tracked Vehicle BrakeSUN Yubao(Stimulation Branch,China Sea Energy Development Oil Recovery Technology Services Company。Tianjin 300452,China)Abstract:ABAQus finite element software is one of the most advanced large general purpose finite element software,itcan analyze complex engineering mechanics problems,and has the characteristics of not only high accuracy,but also adaptable to a variety of complex shapes,thus this paper used the ABAQus finite element software to analyze the tracked vehiclebrake.By using threedimensional CAD modeling software Pro/E,a tracked vehicle brake model was created,and importedinto finite element analysis software for finite element analysis,extracted the stress cloud at different times of the brakeshoes and brake shoes at the central node and the maximum value of the stress point at the change curve of the stress withtime,analyzed the stress distribution law of the contact interface of brake band and the maximum displacement of the brakeband,which can lay a foundation for the improvements in the design of the brake。

Key words:tracked vehicle,brake,FEM某履带车辆在行驶过程 中,驾驶员应根据实际需要,进行制动甚至是紧急制动操作。制动时将机械力和液压力的合力传递给制动带拉杆,使制动带上的制动瓦与正在做旋转运动的制动鼓结合,从而产生制动力矩 ,达到使履带车辆减速或停车的目的。

在制动过程 中,由于制动的作用时间很短,接触应力大,使制动器内产生高温,导致制动器材料的摩擦因数降低,从而影响制动器的工作性能1 ;因此,研究制动带接触界面的应力分布规律,可以为制动器的设计改进奠定基础 。

1 软件介绍ABAQUS有限元软件是国际上最先进 的大型通用有限元软件之- ,它可 以分析复杂 的工程力学问题 ,其非线性力学分析 功能达 到世界领先水平 。

该软件不但可以做单个零件的力学和多物理场分析 ,还可以完成系统级 的分析和研究。该软件在许多国家级的工业和研究 中得到广泛应用 ,其用户遍通过与被测量齿轮 1次啮合测量就能得到被测量齿轮的径向综合偏差和切向综合偏差,测量效率明显提高。通过对新型测量齿轮 的有限元分析可知 ,其刚度和强度满足使用需求,从而验证了其实用性效果 。

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