漸開線圓柱齒輪幾何參數(shù)計算的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)

引 言c

現(xiàn)行的機械行業(yè)中在齒輪設(shè)計的過程里，非常缺乏對幾何參數(shù)計算的比較統(tǒng)一的軟件，很多時候只是采用手工計算、取大概的數(shù)值，對于一些比較復(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)計方法是依據(jù)經(jīng)驗用類比法，結(jié)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(shù)進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)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(shè)計及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機處理，使齒輪的精度設(shè)計達(dá)到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計起來就沒那么費時和吃力了。我國現(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)計算相關(guān)研究綜述

1.1漸開線圓柱齒輪國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

1.1.1齒輪的簡介

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。

輪齒簡稱齒，是齒輪上每一個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(xù)嚙合運轉(zhuǎn)；基圓是形成漸開線的發(fā)生線作純滾動的圓；分度圓，是在端面內(nèi)計算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓。

漸開線齒輪比較容易制造，且傳動平穩(wěn)，傳遞速度穩(wěn)定，傳動比準(zhǔn)確，漸開線圓柱齒輪是機械傳動量大而廣的基礎(chǔ)零部件，廣泛在汽車、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農(nóng)機、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年起原第一機械工業(yè)部組織力量著手研究，經(jīng)過分析、研究和驗證蘇聯(lián)TOCT 1643—56標(biāo)準(zhǔn)，制訂和頒布JB 179—60《圓柱齒輪傳動公差》機械工業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn)。對當(dāng)時機械工業(yè)的發(fā)展起到積極推動作用，很快達(dá)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(dǎo)下決心，直接以ISO 1328—1975國際基礎(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。同時帶動國內(nèi)齒輪機床、刀具和量儀的發(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家標(biāo)準(zhǔn)。我國在改革開放，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(dá)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(biāo)準(zhǔn)已不相適應(yīng)，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標(biāo)準(zhǔn)，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、齒向誤差四個為必檢項目評定齒輪精度等級。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)國內(nèi)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(dāng)?shù)凝X輪產(chǎn)品。以上這些與ISO1328-1997標(biāo)準(zhǔn)相對照，在很多關(guān)鍵地方是不謀而合。當(dāng)前我國在重大機械裝備中所需漸開線齒輪都可以國產(chǎn)化?，F(xiàn)行GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標(biāo)準(zhǔn)是等效采用ISO 1328—1975國際標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)在國際上已將ISO 1328—1975標(biāo)準(zhǔn)作廢由ISO1328-1997標(biāo)準(zhǔn)代替。1997年由國家技術(shù)監(jiān)督局下任務(wù)對GB 10095—88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，經(jīng)過對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)為我國齒輪產(chǎn)品應(yīng)與國際接軌，促進(jìn)國際和國內(nèi)齒輪產(chǎn)品的貿(mào)易，發(fā)展齒輪生產(chǎn)。修訂GB 10095—88國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)等同采用ISO1328-1997國際標(biāo)準(zhǔn)。

目前國家技術(shù)監(jiān)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(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)濟效益，走入國際市場

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我國現(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

齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應(yīng)用更為廣泛。齒輪是一個較復(fù)雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標(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，對以上17個參數(shù)控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據(jù)其精度等級確定相關(guān)控制參數(shù)的公差值，是齒輪設(shè)計的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是依據(jù)經(jīng)驗用類比法，結(jié)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(shù)進(jìn)行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)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(shè)計及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機處理，使齒輪的精度設(shè)計達(dá)到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計起來就沒那么費時和吃力了。

1.3設(shè)計的研究思路與研究的重點

本設(shè)計的研究重點是漸開線圓柱齒輪傳動設(shè)計的計算。研究外嚙合齒輪和內(nèi)嚙合齒輪傳動的主要幾何參數(shù)計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實現(xiàn)齒輪的合理設(shè)計。

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

2.1齒輪傳動設(shè)計步驟

齒輪傳動設(shè)計步驟：

1、簡化設(shè)計：根據(jù)齒輪傳動的齒數(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)計計算：設(shè)計和計算齒輪的基本參數(shù)，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(jù)上步的計算結(jié)果和已知參數(shù)，計算齒輪的齒厚參數(shù)。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數(shù)。