齿轮设计技术新思路

hd_1000

目前流行的基本齿条设计齿轮的方法，能够满足大部分的应用需求，优点是使得齿轮的设计变得简单方便，只要定义出模数，齿数，压力角，其他参数就能计算出来。

若果基本齿条选定之后，齿轮的设计也就仅仅剩下一个参数，变位系数的选择，也就是齿轮刀具相对于齿胚的位置。从而改变齿轮设计的几何形状。这样一点可以通过齿轮变位的封闭图来选择。在（根切，齿顶齿根的干涉，最小重合度，等弯曲应力，最高啮合效率，等滑动系数，防止齿顶变尖）等问题上选择一个平衡点。

但是实际上没有最大发挥出齿轮的性能，所以需要找出或创造出不同的，非标准的齿轮设计方法。从齿轮的原理出发，广义参数出发。仅仅从几何的角度来设计齿轮，暂时不用考虑标准的刀具和制造方法。

希望有人从这方面入手，来研究齿轮。

mrmrw

在渐开线齿轮几何设计上，基本齿条是最核心的一个重要概念，以此为基础，为渐开线齿轮的几何奠定了标准，也极大的促进了齿轮几何计算方法的标准化。仔细研读一下DIN或ISO的标准，就会清楚了。
还有一点，平行轴只是交错轴的一种特例，如果理解公共齿条的概念，你就不会再搞什么齿轮设计新思路了！
如果是从优化的角度来优化齿轮的齿形，那还可以仔细研究一下，不过那就是需要与强度与变形相结合的问题了！

hd_1000

mrmrw 发表于 2014-4-25 20:47

                               
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在渐开线齿轮几何设计上，基本齿条是最核心的一个重要概念，以此为基础，为渐开线齿轮的几何奠定了标准，也 ...

       在绝大多数的应用情况下，基于基本齿条的传统的齿轮设计方法已经提供了满意的通用的解决方案。很简单，通用的解决方案不总是在特定的应用场合工作的很好，所以为了得到最好的齿轮性能，对齿轮的优化设计就是必不可少的。寻求优化设计的过程就导致创造出了不同的，非标准的定制的齿条展成方法。这些齿条实际上也变成了不同的工业标准。例如，22.5°压力角齿条一般用在汽车工业。25°甚至28°压力角齿条和更高的齿顶高系数的20°压力角的齿轮，用在航空业。另外还有一些为了满足特定的应用需求的定制的齿轮设计。
       传统的，齿条展成的齿轮设计已经存在了150多年，它对工业进步作出的贡献是非常巨大了。但是，也很明显，核心的齿条生成方法也为齿轮性能的提升带来了本质上的限制。尽管在过去的几十年，在科技和机械上产生了大量的发明和发展。但是齿轮技术却没有太大的进步，齿轮研究者和工程师还没有跳出基本齿条的限制。由技术和市场驱动的现代产品越来越个性化。通用的标准齿轮应用将会越来越少。在不同的应用场合，齿轮将会变得越来越特殊，而不是通用和互换。低的刀具库存也将不再是优势。一些关键的特定的齿轮将需要特定的切削，成型刀具或模具。

hd_1000

hd_1000 发表于 2014-4-27 06:56

                               
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在绝大多数的应用情况下，基于基本齿条的传统的齿轮设计方法已经提供了满意的通用的解决方案。很简 ...

       齿条展成切削技术仅仅是齿轮制造的一种方法。其实还有仿型铣刀切削和研磨法，拉削方法，粉末冶金法，注塑法，精密锻造和压铸等等。然而，这些方法制造的齿轮也是通过传统的基本齿条展成法来设计的。新的技术将会使得这种方法的优势越来越小。例如，数学模型，有限元（FEA），CAD软件在定制齿轮的设计中开辟新的空间。将齿轮的设计带回到一般的机械零件的设计。而非标准件的设计。
       其实，基于齿条的设计方法，最大的优势就是设计简单，对工程师的要求低。随着工程师的水平的提高，越来越多的工程师将会放弃该方法。越来越多的从传动本质上来思考和设计。

dxs666

LZ说的有道理，但还不十分明白，静等各路高手进一步赐教。

mrmrw

hd_1000 发表于 2014-4-27 07:15

                               
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齿条展成切削技术仅仅是齿轮制造的一种方法。其实还有仿型铣刀切削和研磨法，拉削方法，粉末冶金法 ...

对平行轴渐开线齿轮而言，采用基本齿条设计是比较流行的一种方法！
如果对于交错轴渐开线螺旋齿轮而言，公共齿条的意义就很明显了，是一种比较好的转化设计方法。平行轴的作为交错轴的一种特例，保留公共齿条是比较理想的！

dxs666

请教LZ：
“但是实际上没有最大发挥出齿轮的性能，所以需要找出或创造出不同的，非标准的齿轮设计方法。”
哪些齿轮的性能是无法通过标准齿轮设计方法（即基于基本齿条）充分发挥的，而通过非标准的齿轮设计方法能充分发挥的？举一个例子可以吗。

hd_1000

dxs666 发表于 2014-4-29 11:56

                               
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请教LZ：
“但是实际上没有最大发挥出齿轮的性能，所以需要找出或创造出不同的，非标准的齿轮设计方法。” ...

例如，传统的设计方法，可以通过负变位或者更小的压力角（多数情况下，这个也是标准的，没法更改）来增加重合度来降低噪音和振动，但是这样做的同时齿轮的强度将会下降。同样如果通过正变位或增加压力角来增强齿轮强度，重合度就会下降。这两个永远是一对矛盾。这就限制了齿轮性能的发挥。
如图：
1、传统的方法设计的齿轮：

2、其他可能的齿廓设计：


如果从啮合本质上来看，有无数中齿廓可以设计，所以可以根据实际需求，来进行齿轮的设计。

jacmwg

个人觉得楼主说的还是有一定的道理，确实，未来技术的发展应该会对齿轮提出更高的要求，而这也将会导致并产生一些新的齿轮设计思路，这些思路很可能会与传统的基于基本齿条齿轮设计思路差别非常大！

hd_1000

      现在的渐开线齿轮设计计算都是从模数或者径节出发，其实模数就是人为创造和标准化出来的一个数。 从模数计算出来的分度圆（节圆）也是一个虚拟的圆。节圆齿厚也没有实际用途。如果我们回归到齿轮设计的本质，齿形的生成仅仅与基圆相关，所有的参数都应该从基圆出发而得到。齿厚也定义到基圆上，而非节园上。