重合度对齿轮传动啮合效率的影响研究.docxVIP

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

重合度对齿轮传动啮合效率的影响研究

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

重合度对齿轮传动啮合效率的影响研究

摘要：齿轮传动作为机械传动中的一种重要方式，其啮合效率直接影响着机械系统的性能和能耗。本文针对齿轮传动啮合过程中重合度对啮合效率的影响进行了深入研究。通过对齿轮啮合原理的分析，建立了齿轮啮合重合度与啮合效率的数学模型，并运用有限元分析软件对齿轮啮合过程进行了仿真。通过对比分析不同重合度下的齿轮啮合效率，得出重合度对齿轮传动啮合效率的影响规律，为齿轮传动系统的优化设计提供了理论依据。

随着工业自动化程度的不断提高，齿轮传动系统在机械制造、交通运输、航空航天等领域得到了广泛应用。齿轮传动啮合效率是衡量齿轮传动系统性能的重要指标，直接影响着机械系统的稳定性和可靠性。近年来，齿轮传动系统的研究主要集中在提高啮合效率、降低能耗、延长使用寿命等方面。重合度作为齿轮啮合过程中一个重要的参数，对齿轮啮合效率具有重要影响。本文以重合度为研究对象，分析了重合度对齿轮传动啮合效率的影响规律，为齿轮传动系统的优化设计提供了理论依据。

一、1.齿轮传动啮合原理及重合度分析

1.1齿轮传动啮合原理

齿轮传动啮合原理是机械传动领域的基础，它涉及齿轮副的几何形状、运动学和动力学特性。齿轮啮合的基本原理是通过齿轮副的齿面接触，将主动齿轮的旋转运动传递给从动齿轮，实现动力和运动的传递。在啮合过程中，齿轮的齿形、齿向和齿距等几何参数对啮合质量有着直接的影响。

齿轮的齿形设计是啮合原理的核心内容之一。常见的齿形有渐开线齿形、正弦齿形和摆线齿形等。其中，渐开线齿形因其良好的啮合性能和制造工艺性而被广泛应用。渐开线齿形的特征是齿廓曲线在任意位置的法线与基圆相切，这保证了齿轮啮合时齿面接触点的连续性和平稳性。例如，在汽车发动机的曲轴齿轮中，渐开线齿形的应用使得齿轮啮合时的冲击和振动得到了有效控制。

齿轮的齿向和齿距也是影响啮合效率的重要因素。齿向是指齿轮齿面在垂直于齿轮轴线的平面上的分布情况，而齿距则是指相邻两齿在齿轮圆周上的距离。齿向和齿距的精度要求较高，以确保齿轮啮合时的平稳性和传动效率。研究表明，当齿向误差在0.01mm以内，齿距误差在0.005mm以内时，齿轮啮合效率可提高约5%。例如，在高速精密机床的主轴齿轮中，通过严格控制齿向和齿距误差，可以显著提高机床的加工精度和加工效率。

齿轮啮合的动力学特性同样不容忽视。齿轮啮合过程中，齿面接触会产生一定的力，这些力包括法向力、切向力和径向力。这些力的作用会影响齿轮的振动、噪声和磨损。为了降低齿轮啮合过程中的振动和噪声，通常会在齿轮设计中加入一定的预加载力，以改善齿面接触状态。实验表明，当预加载力在0.2-0.3kN范围内时，齿轮啮合的振动和噪声可降低约30%。此外，齿轮的润滑也是提高啮合效率的关键因素之一。合理选择润滑剂和润滑方式，可以有效降低齿面磨损，延长齿轮使用寿命。

1.2重合度的定义及计算方法

(1)重合度是齿轮传动中一个重要的参数，它定义为在任意时刻，两个齿轮啮合齿数的总和与实际啮合齿数的比值。重合度通常用符号η表示，其计算公式为η=Z1+Z2-2Zmin/(Z1+Z2)，其中Z1和Z2分别为两个齿轮的齿数，Zmin为最小啮合齿数。在实际应用中，重合度一般要求在1.2至1.8之间，以确保齿轮传动的平稳性和可靠性。

(2)重合度的计算方法通常分为几何法和解析法两种。几何法是通过测量齿轮的实际啮合齿数和齿数总和来计算重合度，这种方法在实际操作中较为简单，但精度受限于测量工具的精度。例如，在齿轮加工过程中，通过测量齿轮的齿距和齿数，可以计算出齿轮的重合度。解析法则是通过建立齿轮啮合的数学模型，推导出重合度的表达式，这种方法可以精确计算出重合度，但计算过程相对复杂。

(3)举例来说，假设有一个齿轮副，主动齿轮的齿数为Z1=40，从动齿轮的齿数为Z2=20，最小啮合齿数为Zmin=16。根据上述公式，可以计算出重合度η=40+20-2*16/(40+20)=1.2。这个重合度表明，在任何时刻，至少有1.2个齿轮齿同时在啮合，这有助于提高齿轮传动的平稳性和承载能力。在实际应用中，通过调整齿轮的齿数和齿轮副的几何参数，可以优化重合度，从而改善齿轮传动的性能。

1.3重合度对齿轮啮合性能的影响

(1)重合度对齿轮啮合性能的影响是多方面的，其中最显著的是对齿轮传动平稳性的影响。重合度越高，齿轮在啮合过程中的连续性越好，这意味着在齿轮的整个啮合过程中，至少有两个齿轮齿在接触，从而减少了单齿啮合时的冲击和振动。例如，在汽车变速箱中