（以下文稿系长沙哈量凯帅精密机械制造公司/株洲沃尔得特种齿轮公司培训讲义）
二、Gleason齿制与Klingelnberg齿制的对比
目前，螺旋锥齿轮主要有三种齿制，即Gleason齿制、Oerlikon齿制、Klingelnberg齿制。其中Gleason齿制为圆弧齿，其轮齿齿形为圆弧形，而Oerlikon齿制和Klingelnberg齿制为摆线齿，其轮齿齿线为延伸外摆线。Gleason齿制在各个工业领域都得到了广泛的应用，而Oerlikon齿制主要应用于车辆驱动桥中。对于Klingelnberg齿制，主要应用于电动工具、工业缝纫机等行业的小模数螺旋锥齿轮以及工业减速机等行业的大规格、大模数螺旋锥齿轮。
在整个世界范围内，工业减速机中的大规格螺旋锥齿轮主要采用Gleason齿制和Klingelnberg齿制，而对于这两种齿制的优缺点有着不同的观点，因此，下面将从几个方面来对两种齿制进行对比分析。
1、从加工原理方面而言，Gleason齿制采用端面铣齿法（单分度法）加工，而Klingelnberg齿制采用端面滚齿法（连续分度法）加工。由于工业减速机行业的大规格螺旋锥齿轮都是采用展成法加工，因此，两种齿制的螺旋锥齿轮沿齿高方向的齿廓形状基本相同，都接近于渐开线形状，只是轮齿沿齿宽方向的齿线分别为圆弧和外摆线。
2、从设计理念方面而言，Gleason齿制的设计理念是多齿数、小模数，主要用于传递运动；而Klingelnberg齿制的设计理念是少齿数、大模数，主要用于传递动力。两种齿制设计理念的差别形成了两种不同的齿轮设计方法。
3、从加工工艺方面而言，Gleason齿制为圆弧齿，齿面渗碳淬火后可采用磨齿工艺进行精加工；而Klingelnberg齿制为摆线齿，齿面渗碳淬火后采用硬齿面刮削工艺进行精加工。
4、从齿轮传动强度方面而言，两种齿制传动强度的优劣恰恰是业界争论的焦点。当两种齿制在模数、齿数、压力角、螺旋角相同的情况下，两种齿制的传动强度基本是一样的，其理由如下：
（1）两种齿制计算强度的方法相同：Gleason公司和Klingelnberg公司都制定了自己的螺旋锥齿轮强度计算方法，并编制了相应的齿轮设计分析软件。但他们都是利用赫兹公式计算齿面的接触应力；用30度切线法求危险截面，令载荷作用于齿顶来计算齿根弯曲应力。而且都是利用齿宽中点截面的当量圆柱齿轮来近似计算螺旋锥齿轮的齿面接触强度、齿根弯曲强度以及齿面抗胶合的能力；
（2）传统的Gleason齿制设计方法是按照大端的端面模数来计算齿坯参数，如齿顶高、齿根高、工作齿高等，而Klingelnberg齿制是按照中点的法向模数计算齿坯的参数。最新的AGMA齿轮设计标准（ANSI/AGMA 2005-D03）则统一了螺旋锥齿轮齿坯设计的方法，都是按照轮齿中点的法向模数来设计齿坯参数，因此，对于具有相同基本参数（如齿数、中点法向模数、中点螺旋角、法向压力角）的等高齿螺旋锥齿轮，不论采用何种齿制设计，其中点法向截面的尺寸基本相同，而中点截面处当量圆柱齿轮的参数是一致的（当量圆柱齿轮的参数只与齿轮的齿数、节锥角、法向压力角、中点螺旋角、齿面中点的节圆直径有关），因此强度校核时采用的齿形参数基本相同。
（3）在齿轮基本参数相同的情况下，采用Klingelnberg齿制由于受到齿底槽宽的限制，其刀尖圆角半径与采用Gleason齿制设计时的刀尖圆角半径要小，因此齿根过渡圆弧的半径也相对小一些，根据齿轮分析和实践经验，采用较大的刀尖圆角半径可以增大齿根过渡圆弧的半径，增强齿轮的抗弯曲能力。由于Klinglnberg摆线齿锥齿轮的精密加工只能采用硬齿面刮削，而Gleason 圆弧齿锥齿轮采用热后磨削的加工工艺，可以实现根锥面、齿根过渡曲面以及齿面之间的光滑过渡，减少了齿根产生应力集中的可能性。同时磨齿精加工可改善齿面粗糙度（Ra<0.8um），提高齿轮的分度精度（GB 5级），因此可以增强齿轮的承载能力和齿面抗胶合的能力。
（4）Klingelnberg公司早期采用的准渐开线齿制螺旋锥齿轮由于其齿长方向的齿线为渐开线，因此对齿轮副的安装误差、齿轮箱体变形的敏感性很低，但由于制造方面的原因，这种齿制仅用在某些特殊的领域。尽管现在Klingelnberg齿制的齿线为延伸外摆线，Gleason齿制的齿线为圆弧，但是这两种齿线上总会有一点满足渐开线齿线的条件。按照Klingelnberg齿制设计加工的齿轮，齿线上满足渐开线条件的点在轮齿上靠近大端的位置，因此齿轮对安装误差和承载变形的敏感性很低。对于圆弧齿线的螺旋锥齿轮，同样也可以通过选用合适的刀盘半径来加工，使齿线上满足渐开线条件的点位于齿面中点和大端之间，保证齿轮具有与Klingelnberg齿制的齿轮具有同等的抵抗安装误差和变形的能力。
（5）Klingelnberg齿制采用热后硬齿面刮削工艺精加工，齿面在刮削过程中会增强齿面的压应力，进而提高齿面的承载能力。虽然Gleason齿制在热后磨削精加工过程中会使齿面的压应力降低，但是，根据国外的实验研究结果，若在齿轮磨削精加工过程中，严格控制磨削加工的磨削余量、磨削进给量、冷却速度等，则齿面压应力的损失较小，对齿面接触强度的影响也较小。这一点也从圆柱齿轮大批量磨齿精加工的实践中得以证实。（参考文献：Grinding Induced Changes in Residual Stresses of Carburized Gears，R. LeMaster, B. Boggs, J. Bunn, C. Hubbard and T. Watkins）
发表于 2013-7-5 22:16
