面齿轮3D造型及其要点

hbclqh

       吴老师您好：
       最近尝试用面齿轮实现轻量化正交传动，苦于不会画面齿轮，也没找到合适的机加单位，有幸来到齿轮论坛学习，请老师多多指教。
恳请帮忙出一对齿轮副三维图，具体参数如下：
     （1）圆柱直齿齿轮：齿数35，压力角20°，齿厚1.4mm，顶径不大于12mm，根径不小于8.5mm；
     （2）面齿轮: 齿数70，大径不大于24mm，小径不小于20mm。
       能找到加工单位的话，计划用三维图下厂采用金属机加工样品，找不到的话就先3D打印塑料样品。
       感谢!

zengxiaodong

zengxiaodong

woodee 发表于 2012-8-31 15:42
刚做了一下。
面齿轮、直齿轮，直径都有富余，方便自己裁剪。
可以直接线割、CNC雕刻出来，试装看看。
...

感觉kisssoft做的面齿轮接触线没有你做的那么理想，接触线明显短得多，而且接触线还不断变换角度。

hyfjy

hbclqh 发表于 2020-12-3 11:48
吴老师您好：
       最近尝试用面齿轮实现轻量化正交传动，苦于不会画面齿轮，也没找到合适的机加 ...

对于面齿轮与圆柱齿轮传动设计，在原始参数中，通常要提供的必要参数是，系统的设计模数，齿形角，小轮齿数及径向变位系数，大轮齿数，大轮与小轮的轴交角，齿轮的齿顶高系数和齿顶间隙系数大轮与小轮齿面侧隙，在计算中可得，小轮的大径，小径，齿宽，大轮齿形的最大直径，最小直径，（最大直径用来控制齿顶不变尖或者在变尖时可以适当截取达到齿顶有一定的齿顶宽度，最小直径用来控制在展成中，有一定的齿廓，不致于全部是过度曲面）。故通常在提出原始参数时，并不能提供互相矛盾的参数，或要求，本例题还有一个问题是轴交角，如果默认是90度正交，则要控制一定的传动比，根据我计算中发现，要想得到理想的面齿轮工作齿面，传动比大于2.5会比较好，当传动比小于2.5,甚至接近于1时，面齿轮的齿面质量通常难以获得理想，齿宽很窄，有的可能无法达到类似锥齿轮传动时的机械性能要求。在传动比不适合时，用锥齿轮传动会比用面齿轮传动有优势，当然，如果传动比远远大于2.5以后，可以获得较好的面齿轮模型，机械传动性能以及特定的加工方法都可以试算通过，可以进行类似滚齿的加工，磨齿等等以提高热处理以后的产品精度，在高精度加工面齿轮的目前国内的工艺中，面齿轮传动的优越性因工艺水平难以提高的现状依然存在。在理论上，锥齿轮传动可能已经没有这类问题了。

面齿轮的优势是少一个控制安装距，无论是大件产品或者微小件产品，安装距的最后控制目前还是比较困难的，装配的速度，大多数还是受高精度安装达不到要求的影响。

hyfjy

面齿轮的各截面与小齿轮的啮合角是不一样的，正因为如此，面齿轮的精确建模必须用各截面得到的啮合点，啮合线进行建模，在啮合中，因为各截面的啮合角不一样，所以啮合迹线也在变化，这是空间啮合的理论决定的，所以只要自己能耐下心来推导一下，就会知道其中各截面节点位置，也就会知道为啥在啮合的过程中，迹线会进行这样的变化了。

woodee

zengxiaodong 发表于 2023-1-25 16:05

一是看起来软件内圆切多了一点。多保留一些过渡曲面部分，能看的更清楚：  
   

二是啮合球面半径得选在齿面中间，再仔细调节一些参数，才能得到比较合理的接触区：  
   

zengxiaodong

woodee 发表于 2016-7-7 00:12
俺四年前做的。

感觉接触迹线与弧齿锥齿轮的极其相像，见下面帖子动画


https://www.gearbbs.com/forum.ph ... p;extra=&page=9

woodee

zengxiaodong 发表于 2023-1-26 07:49
感觉接触迹线与弧齿锥齿轮的极其相像，见下面帖子动画

我理解你所说的极其相像，是指 啮合迹线与齿面啮合主曲率方向接近90°，有利于啮合过程中卷吸润滑油，令油膜有更高的动压“刚度”，从而更能避免金属齿面直接接触，提高了啮合效率。  

从这点看，KS的弧齿锥齿轮模型，的确做得不错：  
   
  
如果看这个单一的图片不容易说明清楚，我下面再发两个图片做说明。  
这个是我去年做的，方便小轮开模的等距螺旋锥齿轮模型：
   
客户有要求，总重合度要大于2.0，目的是传动平稳，减噪。  
但如此以来就形成了典型的“对角接触”，简单说从大轮看，啮合点从大端齿顶滑向小端齿根，这显然不符合最上面所叙述的提高啮合效率原则。
  
下面这个，是12年前我从英国一个个人齿轮网站（ZAK）上下载的一套克林根贝格齿制的摆线螺旋锥齿轮模型：  
   
明显，这个跟你用KS做的弧齿锥齿轮的啮合迹线更为相似，都属于追求更高啮合效率一类的。

zengxiaodong

面齿轮可以被看作是锥齿轮传动的一种特例，它是在锥齿轮传动的基础上，进一步衍生而来的。然而与锥齿轮相比，面齿轮具有一些显著的优势，具体体现在以下几个方面：

（1）锥齿轮根据加工方法的不同，齿面的形状和齿轮的参数都会不一样，因此可以分为奥林康制、格里森制等几种齿制，这就给锥齿轮的加工制造、齿面检测和维修等带来了很多不便，而面齿轮却有着统一的理论齿面；

（2）与复杂的锥齿轮相比，与面齿轮传动的小齿轮只是普通的圆柱齿轮。锥齿轮的大小轮一般采用配对制造，由于小齿轮在传动过程中容易磨损，失效很快，在更换时需要对锥齿轮进行成对更换；而对于圆柱齿轮，其加工方法在国内外都比较成熟，而且互换性好，在磨损严重时只需对小齿轮进行更换，大大降低了使用成本；

（3）在面齿轮传动中，圆柱齿轮对轴向位置的误差不敏感，而在锥齿轮传动中，大小齿轮在装配过程中一定要保证锥顶的重合，轴向位置误差将会引起锥齿轮严重的偏载现象，特别是在一些要求精密传动的重要场合，还需要对锥齿轮进行防位错设计， 而面齿轮不需要， 这样也就大大减小了齿轮传动调整的工作量；

（4）在面齿轮传动中，圆柱齿轮的渐开线齿面具有等距性。传动过程中的安装误差在面齿轮传动过程中不会产生传递误差，但在锥齿轮传动中会有，这种优势对传动过程中运动的准确传递是非常有利的。但是安装误差的存在，会引起接触轨迹线的偏移， 所以必须在面齿轮传动中采取将接触痕迹限制在局部的措施；面齿轮传动中将接触痕迹限制在局部后，可以实现大小齿轮齿面之间的点接触传动，这样的面齿轮传动仍可以在传动过程中保持传动比的恒定，传动过程中的噪声和振动都会大大降低；

（5）面齿轮传动与锥齿轮传动相比，其重合度更大，在空载情况下一般可以达到 1.6~1.8， 甚至高达 2 以上， 在承载时会更高，这样有助于提高承载能力，提高传动的平稳性；特别是当面齿轮传动中的小齿轮齿面是连续的螺旋面时，在传动过程中， 小轮与面齿轮是逐渐进入啮合和脱离啮合的，所以传动会更加平稳、冲击和噪声也会进一步减小；

（6）将面齿轮传动与锥齿轮传动同时应用到减速器中时，前者的重量可减轻 35%左右；特别是面齿轮的小齿轮为直齿圆柱齿轮时，在传动过程中小齿轮没有受到轴向力的作用，这样就可以简化支撑，进一步减轻传动装置的质量。


虽然面齿轮传动副相对于锥齿轮传动副在传动过程中有着诸多的优势， 但面齿轮也存在以下两方面的缺点：

（1）在面齿轮加工过程中，其加工刀具是与圆柱齿轮一一对应的，那么从理论上来说加工面齿轮的刀具将会是无穷多的，这样就给面齿轮加工刀具的设计带来了一些麻烦；
（2）在面齿轮设计过程中，由于根切和齿顶变尖两个因素的影响，其齿宽受到限制而不能设计的太长，这样也就限制了面齿轮的传动强度和承载能力。

总体来说，面齿轮传动的优势还是很明显的。首先，在一些要求尺寸小、重量轻的机械传动产品中，面齿轮在齿宽上所受到的限制将会变成它的一种优势；其次，对于使用面齿轮传动的具体产品，比如汽车、航空产品等等，它的型号一般都是有限的几组，从而面齿轮的齿面参数也会是固定的， 或者也是有限的几组；再者，有限元法、优化设计等现代设计方法的使用，可以对面齿轮进行非常精确的几何设计，从而也对面齿轮在齿宽上受到限制的这一劣势进行一定程度的弥补。


摘自：
https://mp.weixin.qq.com/s/-b9fpPh74c2qb_uaze5fNg

woodee

zengxiaodong 发表于 2023-1-26 17:33
面齿轮可以被看作是锥齿轮传动的一种特例，它是在锥齿轮传动的基础上，进一步衍生而来的。然而与锥齿轮相比 ...

整个几点有关面齿轮优点的论述，大体上都是对的。

只是第5点，关于重合度比较大，我想是跟平行轴圆柱齿轮做比较的结果。
理论上讲是没问题的，因为比如拿90°轴交角的锥齿轮跟相同齿数的平行轴圆柱齿轮做比较，锥齿轮因为有空间方面的啮合重叠，所以重合度应该会大于平行轴圆柱齿轮。  
但在实际做模型的过程中，我发现因为修形产生了点啮合之后，重合度随之减小，加上面齿轮的齿宽受到限制，是很难达到2.0的。