等滑动率的计算

等滑动率的计算

G.Nimann & H.Winter在《机械零件》中指出在啮合几何参数中最重要的影响量为相对滑动速度。因此在有胶合危险时应当把齿形选择得使啮合线上的啮出段与啮入段的长度差不多一样长(由于有不利的啮入冲击——推滑啮合线上啮入段要稍微短一些)

大部分有关齿轮的手册都有滑动率计算公式大小齿轮齿顶与对应齿轮啮合位置是滑动率最大的地方对于高速传动基本都计算最大滑动率大致相等去分配总变位系数。外啮合的最大滑动率的计算公式如下:

这组公式只是在现有参数下计算出η1maxη2max想要η1maxη2max还需要在控制一定需要精度下迭代运算(见等滑动率变位系数分配程序)。美国标准ANSI/AGMA 913-A98不仅有外啮合的等滑动率的计算也有内啮合的计算这样就弥补了内啮合变位分配问题

等滑动率变位系数分配程序如下

∥齿廓数据索引号

int g_ iIndex0

∥迭代循环次数限定值

const int g_ iLoopTime1000

∥迭代循环精度值

const double g_ dLoopPrecision1.0e-8

∥计算在指定Z1Z2SX下当η相等的X1X2返回η相等时的值

∥等滑动率变位系数分配计算

double GetShiftCoefficientYelta(doubled Z1doubled Z2   ∥[IN] 1号齿轮和2号齿轮齿数

doubled SigmaX,      [IN] 总变位系数

double&dX1double& dX2, [OUT] 等滑动率下的两齿轮的变位系数

BOOL bInternalGear     [IN] 是否为内啮合

BOOL* pbSuccess)      [OUT] 函数是否调用成功

{

∥使用1号齿轮齿廓数据

g_ iIndex0

∥求在1号齿轮当前齿数下达到根切极限时的最小变位系数

double dXminGetCutterX(dZ1)

∥求在1号齿轮当前齿数和配对齿数下达到顶切极限时的最大变位系数

double dXmaxGetSharpX(dZ1dZ2dSigmaXTRUE0.0bInternalGearNULL)

∥定义循环次数

int i0

∥定义1号齿和2号齿的滑动率及其差值的变量

doubledYelta1dYelta2dDelta

∥以二分法给定1号齿轮的变位系数求出两齿轮的滑动率并以迭代方式求其滑动率差值在给定精度范围之内

∥此时获得的两齿轮的变位系数即是等滑动率下的变位系数分配

do

{

∥二分法给定1号齿轮变位系数

dX1(dXmin+dXmax)/2.0

∥根据总变位求得2号齿轮变位系数

dX2dSigmaX+(bInternalGeardX1-dX1)

∥使用1号齿轮齿廓数据计算1号齿轮滑动率

g_ iIndex0

dYelta1GetYelta(TRUEdZ1dZ2dX1dX2FALSE)

∥使用2号齿轮齿廓数据计算2号齿轮滑动率

g_ iIndex1

dYelta2GetYelta(FALSEdZ1dZ2dX1dX2FALSE)

∥计算两滑动率的差值

dDeltadYelta2-dYelta1

∥根据滑动率差值确定下一次循环时1号齿轮变位系数取值范围

if(dDelta0.0)

dXmaxdX1

else

dXmindX1

∥如果循环次数超出限制(迭代不成功)或者滑动率差值在给定精度范围之内(迭代成功)推出循环

} while(i++g_ iLoopTime && fabs(dDelta)g_ dLoopPrecision)

∥如果循环次数超出限制则标记迭代不成功

if(pbSuccessNULL)

* pbSuccess(ig_ iLoopTime)

∥返回迭代后的等滑动率

returndYelta1

这里有几个重要代号SAP-LPSTC-HPSTC-EAP

SAP---start of the active profile  齿廓啮合起始点

EAP---End of the active profile  齿廓啮合终止点

LPSTC(HPSTC)---The lowest and highest point of single-tooth-pair contact  单对齿啮合的内()界点

AGMA 913-A98给出了内、外齿轮副等滑动的条件下面是外啮合的计算(参见图1)

1  AGMA 913-A97外齿轮副沿啮合线的几个特征点的距离

AGMA 913-A98的算法与本手册增加的等滑动率方法进行反复对比。结果两者在相同控制精度内是完全一样的(见图4)。外啮合确认了就扩展到内啮合。这就补充了国内没有等滑动的内啮合计算方法

下面就是内啮合的情况(见图2)

2  AGMA 913-A97内齿轮副沿啮合线的几个特征点间的距离

经过大量运算作出图3

每一个u(z2/z1)从总变位-0.4开始到总变位3每次按照0.05增量计算出等滑动率的x1(Sxx1)在图中描绘出一个点每个u70个点连接。连续作出全部规定的数值

同表选择变位系数的线图中图左侧图形比较3考虑了如下情况

小齿轮z121对应各种齿数比等滑动率曲线对于z±2也适用

1) 同样的齿数比u(z2/z1)对于不同的小齿数z1左面曲线密集区位置(如图3Sx0.8Sx1.0之间)有很大变化。图3是按z121计算的

2) 对于一级(多级也是单个的组合)u规定如下:1.251.41.61.82.02.242.52.83.153.554.04.55.05.66.37.1

计算过程可以采用全部u为了图形清晰有的u被忽略了

按照这个比值u3还有多个组别图上的u3.15为界限的图形

3) x1的比例适当增大比例可以看得清楚一些

即便是这样放大了的图形对于Sx0.51这个范围还是很难获得准确的选择点大多数情况又是这个范围(例如德国西马克就明文规定这个范围就是他的设计规范)

为了等滑动系数分配可以按z11540每个齿绘制一张上述的图片这样才是等滑动系数分配。每张按照间隔齿数3z115182124273033363942做成10张上述图形基本上也可以得到近似的分配就如同封闭图那样不过这个数量很少

美国ANSI/AGMA 913-A98将等滑动率计算和等闪温计算并列说明两者对胶合计算还是有差别的。更详细的计算请参阅有关标准

外啮合的等滑动率计算与ANSI/AGMA 913-A98的比较

5  ANSI/AGMA 913-A98 内啮合等滑动率的计算