漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪幾何參數計算的計算機輔助設計系統

引 言c

現行的機械行業(yè)中在齒輪設計的過(guò)程里，非常缺乏對幾何參數計算的比較統一的軟件，很多時(shí)候只是采用手工計算、取大概的數值，對于一些比較復雜的齒輪來(lái)說(shuō)，制造出來(lái)的齒輪存在誤差較大。傳統的設計方法是依據經(jīng)驗用類(lèi)比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進(jìn)行計算后，對齒輪精度的設計及其相關(guān)的數據進(jìn)行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來(lái)就沒(méi)那么費時(shí)和吃力了。我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1. 漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪幾何參數計算相關(guān)研究綜述

1.1漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪國內的研究現狀

1.1.1齒輪的簡(jiǎn)介

標準齒輪的結構構造圖如圖1。

圖1 齒輪構造圖

齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。

輪齒簡(jiǎn)稱(chēng)齒，是齒輪上每一個(gè)用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續嚙合運轉；基圓是形成漸開(kāi)線(xiàn)的發(fā)生線(xiàn)作純滾動(dòng)的圓；分度圓，是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。

漸開(kāi)線(xiàn)齒輪比較容易制造，且傳動(dòng)平穩，傳遞速度穩定，傳動(dòng)比準確，漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪是機械傳動(dòng)量大而廣的基礎零部件，廣泛在汽車(chē)、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車(chē)、農機、輕工、建工、建材和軍工等領(lǐng)域中應用。因此現代使用的齒輪中，漸開(kāi)線(xiàn)齒輪占絕多數，而擺線(xiàn)齒輪和圓弧齒輪應用較小。

1.1.2研究現狀

我國1960 年以前沒(méi)有圓柱齒輪精度標準，直接應用蘇聯(lián)TOCT 1643—46標準，1958年起原第一機械工業(yè)部組織力量著(zhù)手研究，經(jīng)過(guò)分析、研究和驗證蘇聯(lián)TOCT 1643—56標準，制訂和頒布JB 179—60《圓柱齒輪傳動(dòng)公差》機械工業(yè)部部標準。對當時(shí)機械工業(yè)的發(fā)展起到積極推動(dòng)作用，很快達到世界五十年代水平，在七十年代末國家機械工業(yè)改革開(kāi)放，要求迅速趕上世界齒輪發(fā)展步伐，機械工業(yè)部領(lǐng)導下決心，直接以ISO 1328—1975國際基礎修訂JB 179—60標準，以等效采用ISO 1328—1975標準，頒布JB 179—81和JB 179—83漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度機械工業(yè)部部標準，大力進(jìn)行宣貫，促進(jìn)圓柱齒輪精度質(zhì)量明顯的提高。同時(shí)帶動(dòng)國內齒輪機床、刀具和量?jì)x的發(fā)展，于1998年由技術(shù)監督局頒布為GB 10095—88漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度國家標準。我國在改革開(kāi)放，發(fā)展經(jīng)濟的政策指示下，大量引進(jìn)德國、日本等西方工業(yè)發(fā)達國家的工業(yè)機械產(chǎn)品，而配件需要國產(chǎn)化，JB 179—83和GB 10095—88標準已不相適應，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標準，另一方面以宣貫行政文件形式進(jìn)行補充。提出齒距偏差、齒距累計誤差、齒向誤差四個(gè)為必檢項目評定齒輪精度等級。宣貫中發(fā)現達到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規定不夠合理，齒形精度達到要求但齒距精度尚有一定的富余而不相協(xié)調。部分先進(jìn)企業(yè)總結國內外技術(shù)經(jīng)驗，采取積極的技術(shù)措施，生產(chǎn)出與世界水平相當的齒輪產(chǎn)品。以上這些與ISO1328-1997標準相對照，在很多關(guān)鍵地方是不謀而合。當前我國在重大機械裝備中所需漸開(kāi)線(xiàn)齒輪都可以國產(chǎn)化?，F行GB 10095—88漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度國家標準是等效采用ISO 1328—1975國際標準的，現在國際上已將ISO 1328—1975標準作廢由ISO1328-1997標準代替。1997年由國家技術(shù)監督局下任務(wù)對GB 10095—88標準進(jìn)行修訂，經(jīng)過(guò)對ISO1328-1997標準翻譯、消化和征求各方面意見(jiàn)，絕大多數認為我國齒輪產(chǎn)品應與國際接軌，促進(jìn)國際和國內齒輪產(chǎn)品的貿易，發(fā)展齒輪生產(chǎn)。修訂GB 10095—88國家標準應等同采用ISO1328-1997國際標準。

目前國家技術(shù)監督局和國家機械工業(yè)局鼓勵要求技術(shù)進(jìn)步迫切和有條件的齒輪制造企業(yè)，直接采用ISO1328-1997國際標準作為企業(yè)標準生產(chǎn)齒輪先行一步，深入、充分發(fā)揮ISO1328-1997國際標準作用，為本企業(yè)真正提高齒輪性能質(zhì)量、降低制造成本提高經(jīng)濟效益，走入國際市場(chǎng)

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我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1.2課題研究的意義

齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動(dòng)零件，尤其是漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個(gè)較復雜的幾何體，對單個(gè)齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個(gè)參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關(guān)控制參數的公差值，是齒輪設計的關(guān)鍵所在。傳統的設計方法是依據經(jīng)驗用類(lèi)比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進(jìn)行計算后，對齒輪精度的設計及其相關(guān)的數據進(jìn)行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來(lái)就沒(méi)那么費時(shí)和吃力了。

1.3設計的研究思路與研究的重點(diǎn)

本設計的研究重點(diǎn)是漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪傳動(dòng)設計的計算。研究外嚙合齒輪和內嚙合齒輪傳動(dòng)的主要幾何參數計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實(shí)現齒輪的合理設計。

2. 漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪幾何參數計算的輔助軟件的主要研究?jì)热?/p>

2.1齒輪傳動(dòng)設計步驟

齒輪傳動(dòng)設計步驟：

1、簡(jiǎn)化設計：根據齒輪傳動(dòng)的齒數、嚙合角和模數等，確定中心距等主要參數。

2、幾何設計計算：設計和計算齒輪的基本參數，并進(jìn)行幾何尺寸計算。如：計算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。

3、齒厚測量尺寸計算：根據上步的計算結果和已知參數，計算齒輪的齒厚參數。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數。