变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析

doi:10.3901/JME.2024.05.081

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (5): 81-94.doi: 10.3901/JME.2024.05.081

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变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析

魏永峭^1,2, 张晋¹, 王少江³, 漆小虎³, 郭瑞¹, 杨海江¹

1. 兰州理工大学机电工程学院兰州 730050;
2. 兰州理工大学温州泵阀工程研究院温州 325105;
3. 国机重型装备集团股份有限公司德阳 618099

收稿日期:2023-05-07 修回日期:2023-10-11 出版日期:2024-03-05 发布日期:2024-05-30
通讯作者: 魏永峭，男，1988年出生，博士，副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为新型齿轮传动、传动摩擦学。E-mail：scuwyq@163.com
作者简介:张晋，男，1999年出生，硕士研究生。主要研究方向为齿轮摩擦学。E-mail：lut_zj@163.com王少江，男，1984年出生，博士研究生。主要研究方向为重装传动。E-mail：wangshao1984@126.com；漆小虎，男，1971年出生，大学本科。主要研究方向为重装传动。E-mail：EZSJYQXH@163.com；郭瑞，男，1991年出生，博士研究生。主要研究方向为齿轮传动。E-mail：lutjdgr@163.com；杨海江，男，1995年出生，硕士研究生。主要研究方向为齿轮摩擦学。E-mail：lut_yhj@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(52105058)、温州市基础性科研项目(G20220009)和兰州市青年科技人才创新项目(2023-QN-43)资助项目。

Wear and Sensitivity Analysis of Transmission Interface of Cylindrical Gear with Variable Hyperbolic Circular-arc-tooth-trace

WEI Yongqiao^1,2, ZHANG Jin¹, WANG Shaojiang³, QI Xiaohu³, GUO Rui¹, YANG Haijiang¹

1. School of Mechanical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050;
2. Wenzhou Engineering Institute of Pump&Valve, Lanzhou University of Technology, Wenzhou 325105;
3. Sinomach Heavy Equipment Group Co., Ltd, Deyang 618099

Received:2023-05-07 Revised:2023-10-11 Online:2024-03-05 Published:2024-05-30

摘要/Abstract

摘要： 为揭示变双曲圆弧齿线圆柱齿轮(VH-CATT圆柱齿轮)齿面磨损特性，结合Archard磨损理论与主平面重合的椭圆等效接触模型，建立了VH-CATT圆柱齿轮传动界面磨损模型，利用有限元方法获取了齿面法向载荷与接触压力，通过数值计算验证了所建立模型的正确性，并探究了准静态工况下VH-CATT圆柱齿轮传动的齿面磨损规律。研究结果表明，VH-CATT圆柱齿轮沿齿线方向的磨损深度呈半椭圆形分布，在齿根附近磨损深度最大，在节圆附近磨损深度最小，啮合频次的增加对齿面磨损深度的影响逐渐趋于平缓；通过设计参数的敏感性分析可知，增大传动比、模数、齿线半径、压力角可以有效地改善齿面磨损。研究可为提高VH-CATT圆柱齿轮传动精度与效率、减磨延寿提供理论基础。

关键词: 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮, 传动界面, Archard磨损理论, 齿面磨损, 敏感性分析

Abstract: In order to reveal the wear characteristics of the Cylindrical Gear with Variable Hyperbolic Circular-arc-tooth-trace, a VH-CATT gear transmission interface wear model was established by combining Archard’s wear theory with the elliptic equivalent contact model coexisting with the main plane. The normal load and contact pressure of the gear surface were obtained by finite element method. The correctness of the model was verified by numerical calculation, and the wear law of the tooth surface of VH-CATT gear transmission under quasi-static condition was investigated. The results show that the wear depth of VH-CATT gears presents a semi-elliptic distribution along the tooth line, with the maximum wear depth near the root and the minimum wear depth near the pitch circle. The influence of increasing meshing frequency on the wear depth of the gear surface gradually becomes gentle. Sensitivity analysis of design parameters shows that increasing transmission ratio, modulus, tooth line radius and pressure angle can effectively reduce gear surface wear. This research can provide a theoretical basis for improving the accuracy, efficiency and reduce wear and life-span of VH-CATT gear.

Key words: cylindrical gear with variable hyperbolic circular-arc-tooth-trace, transmission interface, archard wear theory, gear surface wear, sensitivity analysis

中图分类号:

TH114

魏永峭, 张晋, 王少江, 漆小虎, 郭瑞, 杨海江. 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(5): 81-94.

WEI Yongqiao, ZHANG Jin, WANG Shaojiang, QI Xiaohu, GUO Rui, YANG Haijiang. Wear and Sensitivity Analysis of Transmission Interface of Cylindrical Gear with Variable Hyperbolic Circular-arc-tooth-trace[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(5): 81-94.

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变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析

Wear and Sensitivity Analysis of Transmission Interface of Cylindrical Gear with Variable Hyperbolic Circular-arc-tooth-trace

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