Method for the pre-dimensioning of beveloid gears
Method for the pre-dimensioning of beveloid gears
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锥齿轮预尺寸方法
DOI：
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
Matthias E. Bachmann
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Timon Schöler;H. Binz;Matthias E. Bachmann
锥形渐开线齿轮-也称为斜面齿轮-基于圆柱渐开线齿轮，因为两种齿轮几何形状都基于基本齿条。与圆柱齿轮不同的是，锥齿轮齿顶变位沿齿宽沿着不是常数，而是线性变化的。这使得锥齿轮能够以平行、相交甚至偏斜的轴传递机械动力，轴角可达约20°，而锥齿轮或准双曲面齿轮则适用于更大的轴角。与圆柱齿轮和锥齿轮相比，关于锥齿轮设计的知识较少。现有的接触分析工具是基于预定的主齿轮数据。为此，提出了一种基于应用需求的主锥齿轮传动数据预尺寸化方法。首先，等效圆柱齿轮的尺寸，然后转换成所需的安装位置的锥齿轮。该方法包括预优化的变厚齿轮多个目标。首先，为了符合选定的齿顶变位系数的边界，以及最大限度地减少由中心接触模式实现的齿面之间的缓和，并通过减少顶圆来确保足够的顶隙，该方法在用于齿面接触分析的软件环境中实现，并应用于广泛的数据集。评估表明，有效的设计的主要数据的锥齿轮，包括预优化，以实现上述目标。在进一步的优化中，锥齿轮的微观几何形状必须根据齿面之间的差距进行调整。ZusammenfassungKonische Evolventenzahnräder，auch Beveloidräder genannt，lassen sich auf zylindrische Stirnräder zurückführen，da beide Zahngeometrien auf einer Bezugs-Zahnstange basieren. Beveloidräder unterscheiden sich von zylindrischen Stirnrädern durch ihre linear veränderliche Profilverbung. Dadderlauben Beveloidräder die Leistungsübertragung zwischen parallelen，schneedle den oder auch windshield efen Achsen mit Achswinkeln bis ca. 20°，wohingegen bei größeren Achswinkeln Kegel- oder Hypoidräder eingesetzt韦尔登.Zu Beveloidradverzahnungen applitiert im Vergleich zu Stirnrad- und Kegelradverzahnungen deutlich weniger Auslegungs-Knowhow. Bestehende Werkzeuge zur Zahnkontaktanalysis erfordern vorab festgelegte Hauptverzahnungsdaten.在此基础上，我们提出了一种新的方法来处理基于几何形状的倾斜-主弯曲数据。这种方法可以使倾斜-主弯曲数据的处理变得更加简单，从而使倾斜-主弯曲数据的处理变得更加简单。该方法采用最优化方法进行Voroptimierung：通过定义最优解，最小化通过Kopfkürzung进行的最小化的Klaffung。该方法可用于实现一个软件Ummebung以进行最优解分析，并可用于参数化测试。Die Evaluation zeigt，dass sich mit der Auslegungsmethode zielfüten de Hauptverzahnungsdaten für Beveloidräder erzielen lassen and dass die genannten Voroptimierungs-Ziele erreicht韦尔登.倾斜的微几何学是一种通过对悲剧的最小化和修正而进行的修正。
Conical involute gears – also referred to as beveloid gears – are based on cylindrical involute gears, as both gear geometries are based on a basic rack. They differ from cylindrical gears in that the beveloid gears’ addendum modification along the face width is not constant, but linearly variable. This allows beveloid gears to transfer mechanical power with parallel, intersecting or even skewed axes up to shaft angles of approximately 20°, whereas bevel or hypoid gears are applied with larger shaft angles.Compared with both cylindrical and bevel gears, there is less knowledge available concerning the design of beveloid gears. Existing tools for contact analysis are based on predetermined main gearing data. Therefore a method to pre-dimension main beveloid gearing data based on application requirements was developed. Initially, equivalent cylindrical gears are dimensioned and then transformed into beveloid gears with the required mounting positions. The method involves pre-optimizing of beveloid gears with several targets. Firstly, to comply with selected boundaries of the addendum modification coefficient, as well as to minimize ease-off between the tooth flanks achieved by a centric contact pattern and ensure adequate tip clearance by reducing tip circles.The method was implemented in a software environment for tooth contact analysis and applied to a wide range of data sets. The evaluation demonstrated the efficient design of the main data of beveloid gears including pre-optimization to achieve the objectives mentioned previously. In further optimizations, the microgeometry of beveloid gears must be adapted regarding the gap that occurs between the flanks.ZusammenfassungKonische Evolventenzahnräder, auch Beveloidräder genannt, lassen sich auf zylindrische Stirnräder zurückführen, da beide Zahngeometrien auf einer Bezugs-Zahnstange basieren. Beveloidräder unterscheiden sich von zylindrischen Stirnrädern durch ihre linear veränderliche Profilverschiebung. Dadurch erlauben Beveloidräder die Leistungsübertragung zwischen parallelen, schneidenden oder auch windschiefen Achsen mit Achswinkeln bis ca. 20°, wohingegen bei größeren Achswinkeln Kegel- oder Hypoidräder eingesetzt werden.Zu Beveloidradverzahnungen existiert im Vergleich zu Stirnrad- und Kegelradverzahnungen deutlich weniger Auslegungs-Knowhow. Bestehende Werkzeuge zur Zahnkontaktanalyse erfordern vorab festgelegte Hauptverzahnungsdaten. Aus diesem Mangel heraus wurde eine Methode zur Vorauslegung der Beveloid-Hauptverzahnungsdaten auf Basis der äußeren Randbedingungen entwickelt.Die Auslegungsmethode sieht zunächst die Dimensionierung einer äquivalenten Ersatzstirnverzahnung vor, die anschließend in eine Beveloidverzahnung mit der gewünschten Einbaugeometrie überführt wird. Die Methode enthält ferner eine Voroptimierung mit folgenden Optimierungszielen: Einhaltung definierter Verzahnungsgrenzen, Minimierung der Klaffung durch eine mittige Tragbildlage sowie Gewährleistung eines ausreichenden Mindestkopfspiels durch Kopfkürzung.Die Methode wurde innerhalb einer Software-Umgebung zur Zahnkontaktanalyse implementiert und in weiten Parametergrenzen getestet. Die Evaluation zeigt, dass sich mit der Auslegungsmethode zielführende Hauptverzahnungsdaten für Beveloidräder erzielen lassen und dass die genannten Voroptimierungs-Ziele erreicht werden. Die Mikrogeometrie der Beveloidräder ist in einer anknüpfenden Feinauslegung durch Korrekturen zur Klaffungsminimierung und Verbreiterung des Tragbilds anzupassen.