吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (4): 1207-1214.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20240049

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非正交偏置变位一体化的斜齿面齿轮齿宽设计

付学中1,2,3(),何厚冰3,刘旭东3,李静珍3   

  1. 1.西北工业大学 机电学院,西安 710072
    2.广西汽车集团有限公司 博士后与外部专家工作站,广西 柳州 545007
    3.广西科技大学 机械与汽车工程学院,广西 柳州 545006
  • 收稿日期:2024-01-14 出版日期:2025-04-01 发布日期:2025-06-19
  • 作者简介:付学中(1986-),男,副教授,在站博士后.研究方向:齿轮结构设计与分析. E-mail: fxznwpu@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52265006);广西自然科学基金项目(2022GXNSFBA035574);国家级大学生创新创业训练计划项目(202210594070)

Tooth width design of helical face gear with non-orthogonal offset modification integration

Xue-zhong FU1,2,3(),Hou-bing HE3,Xu-dong LIU3,Jing-zhen LI3   

  1. 1.School of Mechanical Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072,China
    2.Postdoctoral and External Expert Workstation of Guangxi Automobile Group Co. ,Ltd. ,Liuzhou 545007,China
    3.College of Mechanical and Automotive Engineering,Guangxi University of Science and Technology,Liuzhou 545006,China
  • Received:2024-01-14 Online:2025-04-01 Published:2025-06-19

摘要:

为了增强面齿轮在各种结构紧凑设备的适用性,进一步扩大其传动优势,研究了非正交偏置变位一体化的斜齿面齿轮及其齿宽设计。建立了非正交偏置变位斜齿面齿轮的三维模型,根据非正交偏置变位斜齿面齿轮根切和齿顶变尖的限制条件,对轮齿的内半径及外半径进行设计,得出了面齿轮的有效齿宽,并分析了轴交角、变位系数、偏置距和螺旋角对内径、外径和齿宽的影响。研究结果表明:轴交角不断增加时,面齿轮的有效齿宽先减小后增加;面齿轮的有效齿宽随着变位系数的增加而增大;偏置距对有效齿宽的影响会因为轴交角的大小而产生不同的结果;螺旋角的增大会使有效齿宽以较小幅度的趋势减小。

关键词: 机械设计及理论, 斜齿面齿轮, 非正交, 偏置, 变位, 齿宽设计

Abstract:

In order to enhance the applicability of face gear in various compact devices and further expand its transmission advantages, the design of helical face gear with non-orthogonal offset modification integration and its tooth width is studied. The three-dimensional model of non-orthogonal offset modified helical gear is established. According to the restriction conditions of undercut and tip sharpening of non-orthogonal offset modified helical gear, the inner radius and outer radius of gear teeth are designed, and the effective tooth width of face gear is obtained. The influences of axis intersection angle, displacement coefficient, offset distance and helix angle on inner diameter, outer diameter and tooth width are analyzed. The results show that the effective tooth width of face gear first decreases and then increases when the shaft intersection angle increases. The effective tooth width of face gear increases with the increase of modification coefficient; The influence of offset distance on effective tooth width will produce different results because of the size of axis intersection angle; With the increase of helix angle, the effective tooth width will decrease with a small amplitude.

Key words: mechanical design and theory, helical face gear, non-orthogonal, offset, modification, tooth width design

中图分类号: 

  • TH132.41

图1

面齿轮变位原理示意图"

图2

非正交、偏置、变位斜齿面齿轮加工原理"

图3

变位斜齿插齿刀齿廓"

图4

插齿加工坐标系"

表1

面齿轮副参数"

设计参数数值设计参数数值
面齿轮齿数N286刀顶圆角半径rco/mm0.8
小轮齿数N127轴交角γ/(°)60
插齿刀齿数Ns30变位系数x-0.3
法面模数mn4偏置距E/mm-10
法面压力角αn/(°)25螺旋角β/(°)10

图5

面齿轮轮齿模型"

图6

轴交角对面齿轮最小内半径、最大外半径和极限齿宽的影响(β=5°,x=0,E=0)"

图7

变位系数对面齿轮最小内半径、最大外半径和极限齿宽的影响(β=5°,E=0)"

图8

偏置距对面齿轮最小内半径、最大外半径和极限齿宽的影响(β=5°,x=0)"

图9

螺旋角对面齿轮最小内半径、最大外半径和极限齿宽的影响(x=0,E=0)"

图10

不同参数下的极限齿面模型"

1 林超, 顾思家, 刘毅. 点接触正交变传动比面齿轮副重合度分析[J]. 吉林大学学报:工学版, 2016, 46(2): 471-478.
Lin Chao, Gu Si-jia, Liu Yi. Analysis of contact ratio of point contact orthogonal variable transmission ratio face gear[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2016, 46(2): 471-478.
2 谭武中, 王祁波. 面齿轮在直升机传动系统中的应用前景分析[J]. 机械制造与自动化, 2020, 49(1): 52-55.
Tan Wu-zhong, Wang Qi-bo. Application prospect analysis of face gear in helicopter transmission system[J]. Machine Building & Automation, 2020, 49(1): 52-55.
3 Litvin F L, Fuentes A. Gear geometry and applied theory[M]. New York: Cambridge University Press, 2004.
4 Litvin F L, Zhang Y, Wang J C, et al. Design and geometry of face-gear drives[J]. Journal of Mechanical Design, 1992, 114(4): 642-647.
5 Litvin F L, Fuentes A, Howkins M. Design, generation and TCA of new type of asymmetric face-gear drive with modified geometry[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2001, 190(43): 5837-5865.
6 Litvin F L, Gonzalez-perez I, Fuentes A, et al. Design, generation and stress analysis of face-gear drive with helical pinion[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2005, 194(36): 3870-3901.
7 李政民卿, 朱如鹏. 正交面齿轮齿廓的几何设计和根切研究[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2008, 36(2): 78-82.
Min-qing Lizheng, Zhu Ru-peng. Investigation into geometrical design of tooth profile and undercut for orthogonal face gear[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2008, 36(2): 78-82.
8 李政民卿, 朱如鹏. 基于包络法的正交面齿轮齿廓尖化研究[J]. 中国机械工程, 2008, 19(9): 1029-1033.
Min-qing Lizheng, Zhu Ru-peng. Research on pointing of face gear by enveloping method[J]. China Mechanical Engineering, 2008, 19(9): 1029-1033.
9 李政民卿, 朱如鹏. 装配偏置误差对正交面齿轮传动接触特性的影响[J]. 航空学报, 2009, 30(7): 1353-1360.
Min-qing Lizheng, Zhu Ru-peng. Impact of assembly deflection error on contact characteristics of orthogonal face gear drive[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2009, 30(7): 1353-1360.
10 沈云波, 方宗德, 赵宁, 等. 斜齿面齿轮齿宽的设计[J]. 航空动力学报, 2008, 23(4): 754-758.
Shen Yun-bo, Fang Zong-de, Zhao Ning, et al. The design of tooth face width of the face-gear drives with helical pinion[J]. Journal of Aerospace Power, 2008, 23(4): 754-758.
11 苏进展, 张昆仑, 方宗德. 新型斜线齿面齿轮齿宽的几何设计[J]. 中南大学学报:自然科学版, 2017, 48(9): 2363-2369.
Su Jin-zhan, Zhang Kun-lun, Fang Zong-de. Geometry design of tooth width for a new-type face gear with tilted tooth trace[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2017, 48(9): 2363-2369.
12 Fu X Z, Fang Z D, Cui Y M, et al. Modelling, design and analysis of offset, non-orthogonal and profile-shifted face gear drives[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2018, 10(9): 1-12.
13 朱如鹏, 高德平. 在面齿轮设计中避免根切和齿顶变尖的设计方法的研究[J]. 中国机械工程, 1999, 10(11): 1274-1276.
Zhu Ru-peng, Gao De-ping. Research on design method of avoiding undercut and tooth tip sharpening in face gear design[J]. China Mechanical Engineering, 1999, 10(11): 1274-1276.
[1] 王淑坤,冯育泽,张景然,张心明,郑龙. 仿清道夫下唇结构除污性能分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(1): 392-400.
[2] 黄海燕,张宁,梁琳琳,王春丽,张学军. 多标签环境反向散射辅助非正交多址接入系统性能分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(1): 347-354.
[3] 刘洋. 橡胶鞋底弹性打磨仿真及试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2167-2173.
[4] 王琛,雒特,惠倩倩,王忠昊,王方方. 面向分体式飞行汽车对接锁定的机电系统设计与验证[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2130-2140.
[5] 杨普,曲庆悦,申逸飞,刘毅. 能量效率最大化的非正交多址接入系统功率分配方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(8): 2370-2377.
[6] 刘洋,江涛. 计及安装角的六自由度平台虎克铰干涉计算模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(6): 1519-1527.
[7] 谭晓丹,王勇澎,Hall Robert,徐天爽,黄庆学. 面向电铲自主装卸的矿用自卸车斗型优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(5): 1227-1236.
[8] 孙伟,杨俊. 等角贴敷压电分流片圆柱壳有限元建模及减振分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(2): 365-374.
[9] 胡斌,蔡一全,罗昕,毛自斌,李俊伟,郭孟宇,王剑. 基于种群胁迫的有限齿侧空间高速充种理论与试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2024, 54(2): 574-588.
[10] 刘洋. 动臂塔机防后倾缓冲力计算方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2023, 53(10): 2785-2794.
[11] 赵洋,肖洋,孙皓,霍文浩,冯松,廖勇. 基于围道积分的润滑接触齿轮微点蚀损伤特征模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(4): 799-810.
[12] 郑伟,孙见君,马晨波,於秋萍,张玉言,牛韬. 汽车轮毂加工夹具的研究现状及展望[J]. 吉林大学学报(工学版), 2022, 52(1): 25-36.
[13] 陈魏,雷雨龙,李兴忠,付尧,扈建龙,侯利国. 低速工况下渐开线圆柱直齿轮齿面粘着磨损计算[J]. 吉林大学学报(工学版), 2021, 51(5): 1628-1634.
[14] 郭震,于红英,滑忠鑫,赵娣. 刚性折纸机构运动分析及折叠过程仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2020, 50(1): 66-76.
[15] 朱伟,王传伟,顾开荣,沈惠平,许可,汪源. 一种新型张拉整体并联机构刚度及动力学分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1777-1786.
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[1] 李寿涛, 李元春. 在未知环境下基于递阶模糊行为的移动机器人控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(04): 391 -397 .
[2] 刘庆民,王龙山,陈向伟,李国发. 滚珠螺母的机器视觉检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 534 -538 .
[3] 李红英;施伟光;甘树才 .

稀土六方Z型铁氧体Ba3-xLaxCo2Fe24O41的合成及电磁性能与吸波特性

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 856 -0860 .
[4] 杨树凯,宋传学,安晓娟,蔡章林 . 用虚拟样机方法分析悬架衬套弹性对
整车转向特性的影响
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 994 -0999 .
[5] 冯金巧;杨兆升;张林;董升 . 一种自适应指数平滑动态预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1284 -1287 .
[6] 车翔玖,刘大有,王钲旋 .

两张NURBS曲面间G1光滑过渡曲面的构造

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 838 -841 .
[7] 刘寒冰,焦玉玲,,梁春雨,秦卫军 . 无网格法中形函数对计算精度的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 715 -0720 .
[8] 张全发,李明哲,孙刚,葛欣 . 板材多点成形时柔性压边与刚性压边方式的比较[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 25 -30 .
[9] .

吉林大学学报(工学版)2007年第4期目录

[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(04): 0 .
[10] 李月英,刘勇兵,陈华 . 凸轮材料的表面强化及其摩擦学特性
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(05): 1064 -1068 .