螺旋角运用:在其它齿轮参数不变的情况下,增加斜齿轮传动的螺旋角,会增大齿轮直径;增大齿轮啮合重合系数;增大中心距;增大齿轮传动的轴向力等。
斜齿轮的螺旋角是根据设计的需要来定,一般来说,高速轻载的齿轮采用较大的螺旋角;低速重载的齿轮采用较小的螺旋角。根据设计的需要一般在5度到35度之间,因为螺旋度太小了,齿轮啮合的运动平稳性也降低了。
如果螺旋角太大,则对轴承和主轴产生很大的分力,大角度的螺旋角齿轮在加工的时候也是很麻烦的,会受到机床本身的制约。
增大螺旋角
β可以增大轴向重合度εβ=Bsinβ/πmn,一般要求εβ>1~1.15,提高传动的平稳性和降低噪声,使传动平稳,但轴向力随之增大(指斜齿轮)。同一轴上两齿轮螺旋角方向应相同,以便轴向力相互抵消。
把高速级螺旋角取大,低速级螺旋角取小,以减小低速级的轴向力,对某些设计亦是可取方案。适当选取β可凑中心距a,使a具有圆整的数值。如按抵消机床交换齿轮误差来确定螺旋角,可有效地减少滚齿加工齿轮的螺旋角误差。
螺旋角:
圆柱面上,圆柱螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角,称为螺旋角;
在圆锥面上,圆锥螺旋线的切线与通过切点的圆锥面直母线之间所夹的锐角,也称为螺旋角;
由螺旋边缘与刀具中心轴形成的角。
螺旋角修形方式主流的有对称修形、平行修形和完全不对称修形等3种方式。文中讨论并对比了比较常用的对称修形和平行修形的差异及优劣,平行修形的螺旋角制造技术,最后以某2MW风电齿轮箱为例展示了对称修形和平行修形在高速级上的应用及齿面啮合情况分析。渐开线圆柱齿轮具有传动平稳、结构紧凑、便于制造、易于维护、承载能力大、使用寿命长等优点。但是,由于各种原因不可避免地会出现啮入、啮出冲击、载荷突变、速度波动及由不同振型、频率组成的各阶振动,从而降低传动精度、缩短使用寿命、降低承载能力、增大振动噪声。风电齿轮采用的就是渐开线圆柱齿轮,但是因其使用条件较恶劣,维护成本较高,对系统的振动和噪声等有严格的要求,需要采用修形技术对啮合条件进行改善。齿轮的修形技术主要包括齿形修形和齿向修形,其中齿向修形包括齿向螺旋角修形、齿向鼓形修形和端部修形等3种,而齿向螺旋角修形又分为对称修形(左右齿面对称)、平行修形(左右齿面中心对称)和完全不对称修形等3种方式。本文主要介绍了我公司对这3种螺旋角修形方式的了解和使用情况,对比了平行修形和对称修形的优缺点,提供了平行修形的螺旋角转化的理论计算公式,最后还展示了某2MW风电齿轮箱平行修形的应用案例。
一、齿向螺旋角修形方式及优劣对比
齿向螺旋角修形的3种方式中,以对称修形最简单且最容易实现,因此应用也最为广泛。对称修形如图1(a)所示,修形后左、右齿面对称,在齿向方向上的齿厚不一致,左侧齿厚较薄,右侧齿厚较厚,因此沿齿向方向上的侧隙也不同。这就决定了配对齿轮在装配时,必须保证修形的方向和装配的方向一致,不能反装,否则会有装配干涉的风险,并影响到最终的啮合效果。在加工方式上,风电齿轮基本都采用成型磨削的加工方法。为实现对称修形,常规的双面磨削砂轮在不同的齿向位置上会有不同的径向进刀,这样就变相地更改了不同齿向位置上的压力角,从整个齿向上来看,齿面是从过切到少切变化的,或者是从少切到过切变化的,假如从齿向一端到另外一端不间断地测量齿形,会发现齿形也是从“顶负”到“顶正”变化的,或者是从“顶正”到“顶负”变化的,也就是我们俗称的“齿形扭曲”现象。为解决这一问题,通常采用软件补偿的方式,但当修形量超过软件补偿极限时,也无法通过双面磨削实现了,这时就必须使用单面磨削。单面磨削的效率较低、成本偏高、加工经济性较差,而且这种修形的加工原理在磨齿机加工齿顶倒角时,会导致整个齿向上的齿顶倒角不均匀。