少齿数齿轮轴扭转变形及破坏分析.pdf

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1、2012年8月机床与液压Aug．2012第40卷第l5期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．40No．15DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．15．016少齿数齿轮轴扭转变形及破坏分析史厚强，张国海，王保民(陕西理工学院机械工学院，陕西汉中723003)摘要：以顺、逆螺旋方向进行了少齿数齿轮轴的扭转试验，得到了顺逆向扭转变形和破坏的独特现象，探讨了扭转变形和破坏的原因。提出了少齿数齿轮设计时应考虑扭转失效破坏的因素。关键词：少齿数齿轮轴；扭转变形；扭转破坏中图分类号：THI132．41文献

2、标识码：A文章编号：1001—3881(2012)15—060—2AnalysisofLessToothedGearAxisofTorsionFailureandDeformationSHIHouqiang．ZHANGGuohai．WANGBaomin(SchoolofMechanicalEngineering，ShaanxiUniversityofTechnology，HanzhongShaanxi723003，China)Abstract：ThetorsionOillesstoothedgearaxiswithclockwise＆a

3、nticlockwisehelixdirectionswastested．anditsuniquephe—nomenaoftorsionfailureanddeformationobtained．Thecausesoftorsionfailureanddeformationwerediscussed．Itispresentedthatindesigningofthelesstoothedgear，thefactorsoftorsionfailureanddeformationmustbeconsidered．Keywords：Lesst

4、oothedgearaxis；Torsiondeformation；Torsionfailure1少齿数齿轮轴扭转试验形螺旋角方向扭转两种扭转试验，按2，3，4齿数分对于斜齿轮不发生根切的最小齿数z需满足3组试件，在扭转试验机上进行实验，齿轮轴的加持Z=2h：／sin=2h*．cosfl／sinOt部分放置在试验机的夹头里，扭转试验机以一定的扭⋯式中：为端面齿顶高系数，为节圆螺旋角，．为转角速度和顺、逆方向转动，给齿轮轴施加扭矩如图2所示。端面压力角，为法面齿顶高系数。为了设计少齿数齿轮，采用同时改变多种参数来实现减少齿轮的齿数，如加大

5、螺旋角、加大齿形角O／、采用较大的正变位修正等。同时这样也带来了端面重合度s减少，齿轮的齿顶变尖、齿廓间的正压力增大、轴向分力增大的负面影响。按照少齿数齿轮的设计要求，用齿轮专用滚刀，图2逆向扭转试验中加工了2齿、3齿、4齿的齿轮轴，少齿数齿轮轴试测出各个试件(下)屈服扭矩、最大扭矩和最件截面如图1所示。大扭转角。并绘出扭矩一扭转角曲线。试验数据如表1。m表1少齿数齿轮扭转试验数据⑧(a)2齿(b)3齿(c)4齿图12—4齿的少齿数齿轮截面为了探讨少齿数齿轮扭转方向对齿轮扭转刚度、强度的影响，试件分为顺齿形螺旋角方向扭转和逆齿收稿日期：

6、2011—07—25基金项目：陕西省重点学科“机械设计与理论”资助作者简介：史厚强(1956一)，男，高级工程师，主要从事力学和机械测量方面教学与研究。E—mail：shihouqiang@163．eom。第15期史厚强等：少齿数齿轮轴扭转变形及破坏分析·6l·2扭转变形和破坏分析转，几乎不影响齿轮轴承受扭矩的能力。如表1和图2．1少齿数齿轮轴扭转变形分析3所示。在顺向扭转时，扭转方向与螺旋角同向扭转，齿由于少齿数齿轮双向变位，使齿顶区域变得很轮轴上每个垂直于轴线的截面顺着螺旋角的方向扭窄，接近于一条线，从图1可以看出，少齿数齿轮截转，

7、随着扭矩的增加，齿轮轴的螺旋线被扭长，齿轮面与圆轴有明显区别，是非圆轴扭转，非圆截面杆扭的齿槽宽度变窄，螺旋角逐渐变小，使齿轮轴上齿变转时，受扭杆表面各点剪应力不等，最大剪应力，按得几乎像螺纹一样，这样对齿轮轴的进一步的扭转变照弹性力学方法计算。形形成阻碍。对于2齿少齿数齿轮截面，可以近似看为椭圆截逆向扭转变形时，在弹性阶段与顺向扭转一样，面，如图1(a)中的实线，两齿顶间的距离为椭圆根据以上分析，在齿槽附近的剪应力首先达到屈服，的长轴，齿根圆直径为椭圆短轴。最大剪应力在截面然后屈服应力的区域逐步向中心扩展，直至整个截面扭转椭圆短轴上的

8、对称两点nt处，最大值为：接近屈服时，屈服阶段结束，这个过程扭矩和扭转角Tmax=16T／(,rrBH)曲线由弹性阶段的直线逐步变为弯曲。随着扭矩的增式中：B、日为椭圆短、长轴。加，齿轮轴变形增大，逐步把螺