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等高齿齿轮的特点及设计调整方法 吴乃云 一汽集团解放汽车有限公司车桥分公司 摘 要：阐述了等高齿的基本特点及主要的设计、调整方法，详细介绍了奥立康等高齿的设计软件的功能以及接触区分析、啮合轨迹的优化设计方法。 1 国内、外发展现状 汽车驱动桥作为汽车的重要传动部件，对整车的承载能力和舒适性有很大影响，其中螺旋锥齿轮是驱动桥中最重要的零件，目前汽车驱动桥螺旋锥齿轮的设计主要采用两种齿制：即渐缩齿和等高齿。渐缩齿是一种传统的主要的加工方法，长期以来在国内、外应用非常广泛。而近年来，随着铣齿机床数控技术的发展，格里森和奥立康公司分别推出了六轴数控铣齿机，同时可加工渐缩齿和等高齿，等高齿的设计计算、加工调整得到很大的简化，同时接触区的调整也更加简单和快捷，在国外（如欧美）的汽车行业，等高齿齿轮得到越来越广泛的应用，在国内，由于受到现有的铣齿设备只能加工渐缩齿等条件的限制，渐缩齿还是一种主要的加工方法，等高齿应用的还不多，只有少数几个企业进行小批量的生产。 2 渐缩齿和等高齿加工的主要区别 渐缩齿的加工方法采用单分度法（即端面铣削法），大批量生产时加工一套齿轮需要五台切齿机床为一组，大轮的粗切、精切和小轮的粗切、精切凸面、精切凹面分别在不同的机床上采用不同的刀具来加工，其优点是粗精切分开后，精切刀具耐用度提高，齿面粗糙度好，接触区在小轮的两面分别修正，互不影响。但缺点是机床、刀具品种增多，不利于管理，另外加工一套齿轮需装卸五次，劳动强度大。 等高齿的加工方法采用连续分度法（即端面滚削法），大批量生产时加工一套齿轮只需要两台切齿机床为一组，大轮和小轮分别采用一把刀具完成切齿加工，其优点是生产效率高，加工一套齿轮需装卸两次，劳动强度大大降低。其缺点是齿面粗糙度不如渐缩齿，但由于啮合轨迹与切齿刀纹呈一定的角度，噪声和平稳性相反有所提高。由于小轮的凸、凹两面是同时加工的，两面的接触区的调整和修正是互相影响的，因此接触区的调整和修正不如渐缩齿方便，随着TCA分析软件的发展和数控切齿机床定位精度的提高，以及齿面测量与反调修正技术的出现，等高齿接触区的调整和修正得到简化，非常方便和准确。 3 等高齿的设计特点 等高齿的特点是齿轮的大端和小端的齿高相等，齿长曲线为长幅外摆线的一部分，而齿槽宽和齿顶宽是收缩的，大端齿槽宽和齿顶宽比小端的略宽，一般情况下面锥、根锥与节锥平行（有时为了躲避小头导向轴承的轴径，也可以不平行）。 等高齿齿轮几何参数设计是以中点法向模数mn为基准的： mn=dm1*cos（βm1）/z1 =dm2*cos（βm2）/z2 式中：dm1、dm2为主、从动锥齿轮中点节圆直径 βm1、βm2为主、从动锥齿轮中点螺旋角 z1、z2为主、从动锥齿轮齿数 等高齿的齿高参数一般按表1选择： 表1 参数名称 代号 选择范围 推荐值 齿顶高 ha （0.9-1.10）×mn 1.00mn 齿根高 hf （1.1-1.35）×mn 1.25mn 顶隙 ks （0.2-0.30）×mn 0.25mn 全齿高 h ha +hf 4 等高齿的加工特点 4.1 加工原理 延伸外摆线等高齿的加工同样可以采用切入法和展成法，在齿数比大于2.5时可以采用切入法加工，生产效率比展成法高。加工时刀盘和工件除了自身绕轴线旋转外，还保持一个固定的同步回转关系，与刀片的组数和被加工工件的齿数有关系，即刀盘每转一圈，工件转z1（或z2）/Zw圈，这就是所谓的连续分图 1. 加工原理示意图 度法（也叫端面滚切法）。图1是等高齿的加工原理示意图。 4.2 切齿刀具 加工等高齿目前通常采用尖齿刀具，刀齿在刀体中的夹紧刚性和稳定性较好。由于刀盘体上可容纳较多的刀齿，因而增加了切削效率。尖齿刀具的重磨次数多，因此刀具成本降低。奥立康公司的SPIRON刀盘和FS刀盘、格里森公司的TRI-AC刀盘和PENTAC刀盘都属于这种类型。 5 等高齿的设计和齿面接触区分析 齿轮的设计和接触区分析是生产高质量螺旋锥齿轮基础，齿轮的强度和平稳性才能得到保证。目前比较成熟的软件有奥立康公司KIMoS5和格里森公司C-AGE软件。下面简单介绍一下奥立康公司KIMoS5软件的功能和用法。 5.1 软件的基本模块 齿轮几何参数设计模块：确定齿坯基本几何尺寸和齿轮参数（宏观几何尺寸），该软件支持所有的广泛应用的齿制，最常用的有圆弧收缩齿制和延伸外摆线等高齿制。 齿轮承载能力分析模块：可以按照AGMA 2003、DIN 3991、Niemann/Winter、ISO 10300等标准进行承载能力分析。齿轮强度及寿命校核模块：输入齿轮副的使用条件（扭矩和转速等）、齿轮的材料等参数，即可计算齿轮强度及寿命，通过改变有关的强度系数可以得到最佳的齿轮副设计。 齿面接触区及运动误差分析（Ease