漸開線圓柱齒輪幾何參數計算的計算機輔助設計系統

引 言c

現行的機械行業中在齒輪設計的過程里，非常缺乏對幾何參數計算的比較統一的軟件，很多時候只是采用手工計算、取大概的數值，對于一些比較復雜的齒輪來說，制造出來的齒輪存在誤差較大。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1. 漸開線圓柱齒輪幾何參數計算相關研究綜述

1.1漸開線圓柱齒輪國內的研究現狀

1.1.1齒輪的簡介

標準齒輪的結構構造圖如圖1。

圖1 齒輪構造圖

齒輪的組成結構一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。

輪齒簡稱齒，是齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續嚙合運轉；基圓是形成漸開線的發生線作純滾動的圓；分度圓，是在端面內計算齒輪幾何尺寸的基準圓。

漸開線齒輪比較容易制造，且傳動平穩，傳遞速度穩定，傳動比準確，漸開線圓柱齒輪是機械傳動量大而廣的基礎零部件，廣泛在汽車、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運輸、船舶、機車、農機、輕工、建工、建材和軍工等領域中應用。因此現代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較小。

1.1.2研究現狀

我國1960 年以前沒有圓柱齒輪精度標準，直接應用蘇聯TOCT 1643—46標準，1958年起原第一機械工業部組織力量著手研究，經過分析、研究和驗證蘇聯TOCT 1643—56標準，制訂和頒布JB 179—60《圓柱齒輪傳動公差》機械工業部部標準。對當時機械工業的發展起到積極推動作用，很快達到世界五十年代水平，在七十年代末國家機械工業改革開放，要求迅速趕上世界齒輪發展步伐，機械工業部領導下決心，直接以ISO 1328—1975國際基礎修訂JB 179—60標準，以等效采用ISO 1328—1975標準，頒布JB 179—81和JB 179—83漸開線圓柱齒輪精度機械工業部部標準，大力進行宣貫，促進圓柱齒輪精度質量明顯的提高。同時帶動國內齒輪機床、刀具和量儀的發展，于1998年由技術監督局頒布為GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準。我國在改革開放，發展經濟的政策指示下，大量引進德國、日本等西方工業發達國家的工業機械產品，而配件需要國產化，JB 179—83和GB 10095—88標準已不相適應，一方面鼓勵直接采用德國、日本和美國標準，另一方面以宣貫行政文件形式進行補充。提出齒距偏差、齒距累計誤差、齒向誤差四個為必檢項目評定齒輪精度等級。宣貫中發現達到齒形誤差精度最難。其齒形的齒端部規定不夠合理，齒形精度達到要求但齒距精度尚有一定的富余而不相協調。部分先進企業總結國內外技術經驗，采取積極的技術措施，生產出與世界水平相當的齒輪產品。以上這些與ISO1328-1997標準相對照，在很多關鍵地方是不謀而合。當前我國在重大機械裝備中所需漸開線齒輪都可以國產化。現行GB 10095—88漸開線圓柱齒輪精度國家標準是等效采用ISO 1328—1975國際標準的，現在國際上已將ISO 1328—1975標準作廢由ISO1328-1997標準代替。1997年由國家技術監督局下任務對GB 10095—88標準進行修訂，經過對ISO1328-1997標準翻譯、消化和征求各方面意見，絕大多數認為我國齒輪產品應與國際接軌，促進國際和國內齒輪產品的貿易，發展齒輪生產。修訂GB 10095—88國家標準應等同采用ISO1328-1997國際標準。

目前國家技術監督局和國家機械工業局鼓勵要求技術進步迫切和有條件的齒輪制造企業，直接采用ISO1328-1997國際標準作為企業標準生產齒輪先行一步，深入、充分發揮ISO1328-1997國際標準作用，為本企業真正提高齒輪性能質量、降低制造成本提高經濟效益，走入國際市場

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我國現有（1）GB/T10095。1-2001漸開線圓柱齒輪精度第一部分：輪齒等效ISO1328-1。（2）GB/T10095。2-2001漸開線圓柱齒輪精度第二部分：徑向綜合等效ISO1328-2。

1.2課題研究的意義

齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應用更為廣泛。齒輪是一個較復雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標準規定了17種控制參數，根據齒輪使用要求的不同，對以上17個參數控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據其精度等級確定相關控制參數的公差值，是齒輪設計的關鍵所在。傳統的設計方法是依據經驗用類比法，結合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數進行優化及篩選，很難保證齒輪精度設計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設計及其相關的數據進行計算機處理，使齒輪的精度設計達到快速、準確、合理，齒輪設計起來就沒那么費時和吃力了。

1.3設計的研究思路與研究的重點

本設計的研究重點是漸開線圓柱齒輪傳動設計的計算。研究外嚙合齒輪和內嚙合齒輪傳動的主要幾何參數計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實現齒輪的合理設計。

2. 漸開線圓柱齒輪幾何參數計算的輔助軟件的主要研究內容

2.1齒輪傳動設計步驟

齒輪傳動設計步驟：

1、簡化設計：根據齒輪傳動的齒數、嚙合角和模數等，確定中心距等主要參數。

2、幾何設計計算：設計和計算齒輪的基本參數，并進行幾何尺寸計算。如：計算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。

3、齒厚測量尺寸計算：根據上步的計算結果和已知參數，計算齒輪的齒厚參數。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數。