第五章局部综合法答题.doc
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局部综合法与弧齿锥齿轮加工参数计算
局部综合(Local Synthesis)由F. L. Litvin教授1968年提出,用于研究准共轭齿轮副传动,其目的是要在指定的接触点邻域内达到最佳的啮合质量。进入1980年后,Litvin与Gutman教授发展了局部综合法,把局部综合法应用于准双曲面齿轮的加工参数计算。明确提出了通过预置抛物线型的传动误差函数来控制传动误差,并认为这种抛物线型的传动误差函数能够“吸收”由于安装偏差等所导致的线性的传动误差,从而降低振动与噪音。1991年Litvin与Zhang教授又成功地将局部综合法应用于弧齿锥齿轮副啮合质量控制及加工参数设计。本章首先介绍局部综合法的原理,然后应用局部综合法对弧齿锥齿轮进行加工参数设计。
§5.1 基本原理
局部综合的基本思想是:
(1) 设大轮齿面已知,在大轮齿面上选取一参考点,计算出参考点处的二阶几何参数(即主曲率和主方向);
(2) 预置参考点处的三个二阶接触参数,即a)传动比函数的一阶导数;b)接触迹线的切线方向;c)瞬时接触椭圆的长半轴长度;
(3) 求出小轮参考点处的二阶几何参数,在此基础上确定小轮的加工参数。
通过上述过程,实现齿面在参考点领域内一阶和二阶接触参数的预控。
§5.1.1 基本公式
考虑两齿轮(1和2)啮合。在啮合过程中,齿轮1的齿面和齿轮2的齿面连续相切接触。在空间固定(绝对)坐标系中,两齿面公共接触点M具有相同的运动速度,即通过齿面和齿面描述接触点M在空间的运动速度相同
(5.1)
所以
(5.2)
这里,上标“1”和“2”分别指明所描述的参量为齿面和齿面;下标“r”和“tr”分别指接触点速度为相对(relative)速度(接触点相对于齿面运动的速度)和牵连(transfer)速度(接触点随齿面运动的速度);为两齿面上的接触点间的相对运动速度。v(12)由下式确定: (5.3)
这里,是由齿面的旋转轴上的一点至接触点的位置矢量;是由的旋转轴上的一点至的旋转轴上的一点的位置矢量; ?(i)(i=1, 2,下文同)是齿轮i的角速度;是两齿轮的相对角速度。 两齿面在公共接触点M处有公法线,且公法线也应具有相同的运动速度。则,接触点M处单位法线运动速度为 (5.4)这里,是齿面接触点M处单位法向量;是齿面i上接触点处单位法矢端点相对于齿面运动的速度。 两齿轮啮合,有如下的啮合方程成立 (5.5) 对方程(5.5)求导,,即 (5.6) 设为齿轮2旋转轴的单位矢量,则有: (5.7)这里,,为齿轮1的转角。设齿轮1在啮合过程中匀速转动,即为常数,则有: (5.8)这里,。由式(5.3)、(5.8)得 (此处=0) (5.9)
将式(5.9)代入(5.6)式,得 (5.10)其中, (5.11) (5.12)将(5.11)、(5.12)代入(5.10)式,考虑到对齿面和都成立,可得下式 (5.13)
§5.1.2 基本方程组
考虑两齿轮的齿面和在M点相切接触。图5.1所示为其公切面的投影图。其中,和是在M点处的两个主方向的单位矢量,和分别为其相应的主曲率;和是在M点处的两个主方向的单位矢量,和分别为其相应的主曲率;角为和之间的夹角,由到逆时针方向度量。
设二维坐标系和分别固连于和上,则两坐标系之间的坐标转换矩阵如下所示: (5.14) 将矢量和投影于坐标系中,则 (5.15) 将其变换至坐标系中,则 (5.16) 同理,将矢量和投影于坐标系中,则 (5.17) 将其变换至坐标系中,得: (5.18) 下面,将式(5.2)、(5.4)中的所有矢量表示在同一坐标系中,则 (5.19) (5.20)
下面,将式(5.2)和式(5.4)中的所有矢量表示在同一坐标系中,则 (5.21) (5.22) 由微分几何,和的分量满足罗德里克(Rodrigues)公式[99],即有: (i=1, 2) (5.23)这里,是齿面接触点M的
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