漸開線圓柱齒輪幾何參數(shù)計(jì)算的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)

引 言c

現(xiàn)行的機(jī)械行業(yè)中在齒輪設(shè)計(jì)的過程里，非常缺乏對(duì)幾何參數(shù)計(jì)算的比較統(tǒng)一的軟件，很多時(shí)候只是采用手工計(jì)算、取大概的數(shù)值，對(duì)于一些比較復(fù)雜的齒輪來說，制造出來的齒輪存在誤差較大。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)用類比法，結(jié)合查表及大量繁雜的公式計(jì)算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)計(jì)的合理性。因此，借用了輔助軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算后，對(duì)齒輪精度的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，使齒輪的精度設(shè)計(jì)達(dá)到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計(jì)起來就沒那么費(fèi)時(shí)和吃力了。我國(guó)現(xiàn)有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1. 漸開線圓柱齒輪幾何參數(shù)計(jì)算相關(guān)研究綜述

1.1漸開線圓柱齒輪國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀

1.1.1齒輪的簡(jiǎn)介

標(biāo)準(zhǔn)齒輪的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖如圖1。

圖1 齒輪構(gòu)造圖

齒輪的組成結(jié)構(gòu)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(duì)齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續(xù)嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)；基圓是形成漸開線的發(fā)生線作純滾動(dòng)的圓；分度圓，是在端面內(nèi)計(jì)算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓。

漸開線齒輪比較容易制造，且傳動(dòng)平穩(wěn)，傳遞速度穩(wěn)定，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，漸開線圓柱齒輪是機(jī)械傳動(dòng)量大而廣的基礎(chǔ)零部件，廣泛在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、電力、冶金、礦山、工程、起重運(yùn)輸、船舶、機(jī)車、農(nóng)機(jī)、輕工、建工、建材和軍工等領(lǐng)域中應(yīng)用。因此現(xiàn)代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較小。

1.1.2研究現(xiàn)狀

我國(guó)1960 年以前沒有圓柱齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)，直接應(yīng)用蘇聯(lián)TOCT 1643—46標(biāo)準(zhǔn)，1958年起原第一機(jī)械工業(yè)部組織力量著手研究，經(jīng)過分析、研究和驗(yàn)證蘇聯(lián)TOCT 1643—56標(biāo)準(zhǔn)，制訂和頒布JB 179—60《圓柱齒輪傳動(dòng)公差》機(jī)械工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)當(dāng)時(shí)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展起到積極推動(dòng)作用，很快達(dá)到世界五十年代水平，在七十年代末國(guó)家機(jī)械工業(yè)改革開放，要求迅速趕上世界齒輪發(fā)展步伐，機(jī)械工業(yè)部領(lǐng)導(dǎo)下決心，直接以ISO 1328—1975國(guó)際基礎(chǔ)修訂JB 179—60標(biāo)準(zhǔn)，以等效采用ISO 1328—1975標(biāo)準(zhǔn)，頒布JB 179—81和JB 179—83漸開線圓柱齒輪精度機(jī)械工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)內(nèi)齒輪機(jī)床、刀具和量?jī)x的發(fā)展，于1998年由技術(shù)監(jiān)督局頒布為GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在改革開放，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的政策指示下，大量引進(jìn)德國(guó)、日本等西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)機(jī)械產(chǎn)品，而配件需要國(guó)產(chǎn)化，JB 179—83和GB 10095—88標(biāo)準(zhǔn)已不相適應(yīng)，一方面鼓勵(lì)直接采用德國(guó)、日本和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，另一方面以宣貫行政文件形式進(jìn)行補(bǔ)充。提出齒距偏差、齒距累計(jì)誤差、齒向誤差四個(gè)為必檢項(xiàng)目評(píng)定齒輪精度等級(jí)。宣貫中發(fā)現(xiàn)達(dá)到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規(guī)定不夠合理，齒形精度達(dá)到要求但齒距精度尚有一定的富余而不相協(xié)調(diào)。部分先進(jìn)企業(yè)總結(jié)國(guó)內(nèi)外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，采取積極的技術(shù)措施，生產(chǎn)出與世界水平相當(dāng)?shù)凝X輪產(chǎn)品。以上這些與ISO1328-1997標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，在很多關(guān)鍵地方是不謀而合。當(dāng)前我國(guó)在重大機(jī)械裝備中所需漸開線齒輪都可以國(guó)產(chǎn)化?，F(xiàn)行GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是等效采用ISO 1328—1975國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)在國(guó)際上已將ISO 1328—1975標(biāo)準(zhǔn)作廢由ISO1328-1997標(biāo)準(zhǔn)代替。1997年由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局下任務(wù)對(duì)GB 10095—88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，經(jīng)過對(duì)ISO1328-1997標(biāo)準(zhǔn)翻譯、消化和征求各方面意見，絕大多數(shù)認(rèn)為我國(guó)齒輪產(chǎn)品應(yīng)與國(guó)際接軌，促進(jìn)國(guó)際和國(guó)內(nèi)齒輪產(chǎn)品的貿(mào)易，發(fā)展齒輪生產(chǎn)。修訂GB 10095—88國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)等同采用ISO1328-1997國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

目前國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局和國(guó)家機(jī)械工業(yè)局鼓勵(lì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)齒輪先行一步，深入、充分發(fā)揮ISO1328-1997國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(jì)效益，走入國(guó)際市場(chǎng)

。

我國(guó)現(xiàn)有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線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(jī)器、儀器中使用最多的傳動(dòng)零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應(yīng)用更為廣泛。齒輪是一個(gè)較復(fù)雜的幾何體，對(duì)單個(gè)齒輪的齒廓加工誤差國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了17種控制參數(shù)，根據(jù)齒輪使用要求的不同，對(duì)以上17個(gè)參數(shù)控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級(jí)以及依據(jù)其精度等級(jí)確定相關(guān)控制參數(shù)的公差值，是齒輪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)用類比法，結(jié)合查表及大量繁雜的公式計(jì)算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對(duì)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)計(jì)的合理性。因此，借用了輔助軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算后，對(duì)齒輪精度的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，使齒輪的精度設(shè)計(jì)達(dá)到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計(jì)起來就沒那么費(fèi)時(shí)和吃力了。

1.3設(shè)計(jì)的研究思路與研究的重點(diǎn)

本設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)是漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的計(jì)算。研究外嚙合齒輪和內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)的主要幾何參數(shù)計(jì)算、齒輪齒厚計(jì)算、精度計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算，幫助實(shí)現(xiàn)齒輪的合理設(shè)計(jì)。

2. 漸開線圓柱齒輪幾何參數(shù)計(jì)算的輔助軟件的主要研究?jī)?nèi)容

2.1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟

齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟：

1、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：根據(jù)齒輪傳動(dòng)的齒數(shù)、嚙合角和模數(shù)等，確定中心距等主要參數(shù)。

2、幾何設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)和計(jì)算齒輪的基本參數(shù)，并進(jìn)行幾何尺寸計(jì)算。如：計(jì)算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。

3、齒厚測(cè)量尺寸計(jì)算：根據(jù)上步的計(jì)算結(jié)果和已知參數(shù)，計(jì)算齒輪的齒厚參數(shù)。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數(shù)。