星輪齒形簡(jiǎn)介

星輪的齒形有：

(1)平面直齒形 星輪齒片與轉(zhuǎn)子齒槽僅在齒面平面上嚙合，理論上嚙合的接觸線是一條不變的直線。雖然在星輪齒面平面不同的截面上開有不同的導(dǎo)角，但由于齒片面與齒槽在嚙合過程中其后角在不斷地變化，不容易形成穩(wěn)定的油膜，影響潤(rùn)滑，較易磨損，在初磨后變成了一段曲面。但平面直齒形齒片的刀具設(shè)計(jì)和加工簡(jiǎn)單。

(2)柱面齒形 星輪齒片采用圓柱面齒形，轉(zhuǎn)子齒槽面為柱面齒形的包絡(luò)曲面，其接觸線為一空間曲線。這種齒形在嚙合時(shí)易于形成油膜，有利于潤(rùn)滑，因此，磨損小。另外，轉(zhuǎn)子齒槽可采用磨削，得到光整加工，使尺寸精度得到提高，表面粗糙度降低。

(3)平面直齒反包絡(luò)齒形 將平面直齒形的星輪所形成的轉(zhuǎn)子齒槽，反過來對(duì)具有一定厚度的星輪齒片進(jìn)行包絡(luò)，形成反包絡(luò)星輪齒片齒面。顯然，星輪齒片齒面與轉(zhuǎn)子齒槽之間形成兩條接觸線'一條是原來的平面接觸線，另一條是反包絡(luò)齒面與轉(zhuǎn)子齒槽齒面的空間接觸線，這樣對(duì)基元容積內(nèi)氣體形成雙道密封，并且在兩接觸線之間可以存儲(chǔ)潤(rùn)滑油。此種齒形既有平面直齒形的優(yōu)點(diǎn)，又具有良好的潤(rùn)滑，使壓縮機(jī)效率得到提高 。

最早的齒輪傳動(dòng)裝置指南車大約在公元前 2006 年由中國(guó)發(fā)明的。該齒輪傳動(dòng)裝置實(shí)質(zhì)為齒輪差速器，所使用的材料為木料。公元前 330 年，古希臘哲學(xué)家Aristotle 論述了風(fēng)車中的齒輪傳動(dòng)裝置，是最早對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行理論分析研究的學(xué)者。公元前 100 年，已經(jīng)有金屬齒輪出現(xiàn)。在十八世紀(jì)末，出現(xiàn)了鑄鐵齒輪。另外，齒輪的齒形已經(jīng)有三角形、梯形和圓形；有圓柱齒輪、齒條和蝸桿蝸輪以及圓錐齒輪原始形態(tài)的直角針輪。

1694 年，法國(guó)學(xué)者 Philip de la Hire 對(duì)外擺線齒廓進(jìn)行了深入細(xì)致的數(shù)學(xué)分析，并提出用漸開線作為齒輪的齒廓曲線。

1733年，法國(guó)學(xué)者Charles Camus發(fā)展了Philip de la Hire 的研究成果，為擺線齒輪傳動(dòng)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

1765 年，瑞士學(xué)者 L. Euler 對(duì)漸開線齒形的理論研究做出了杰出的貢獻(xiàn)，他提出了漸開線齒形解析研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

1832 年，英國(guó)學(xué)者 Robert Willis 對(duì)漸開線齒形的應(yīng)用做出了重要貢獻(xiàn)：Willis提出漸開線齒形的壓力角取 14.5°，理由是 sin14.5° ≈0.25正好與擺線齒形的常用壓力角很接近；Willis 還考慮了漸開線理想齒全高、齒厚的問題，并且認(rèn)為擺線齒形缺乏互換性，而漸開線齒形互換性好，指出一對(duì)齒輪的中心距變化時(shí)，對(duì)漸開線齒輪的傳動(dòng)比無影響的優(yōu)點(diǎn)。

1873 年，德國(guó)學(xué)者 Hoppe 提出對(duì)不同齒數(shù)的齒輪在壓力角改變時(shí)的漸開線齒形，奠定了變位齒輪的理論基礎(chǔ)。

1842 年，法國(guó)學(xué)者 T. Oliver 提出了求共軛齒面的普遍法——包絡(luò)曲面法，論證了利用輔助曲面得到線接觸和點(diǎn)接觸共軛齒面的可能性。根據(jù) T. Oliver 的思想，利用微分幾何求解包絡(luò)曲面和一對(duì)互為包絡(luò)曲面的瞬時(shí)接觸線比較復(fù)雜。1886 年俄國(guó)學(xué)者 Gochman 提出一種簡(jiǎn)化的求解方法，其主要特點(diǎn)是能夠在與任何一個(gè)傳動(dòng)構(gòu)件相固聯(lián)的坐標(biāo)系中求解上述問題。T. Oliver 和 Gochman 的貢獻(xiàn)奠定了空間嚙合(共軛齒面)的理論基礎(chǔ)。后來提出的各種空間嚙合理論都是根據(jù)這一原理發(fā)展起來的。

二十世紀(jì)初開始，漸開線齒形以其突出的優(yōu)點(diǎn)逐漸取代了擺線齒形，在齒輪傳動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。以 E. Buckingham、F. L. Litvin 和 J. R. Colbourne為代表的一些學(xué)者后來對(duì)漸開線齒輪幾何學(xué)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。但是尋找新齒形的研究工作一刻也未間斷過國(guó)內(nèi)許多齒輪研究學(xué)者相繼提出了一些齒廓嚙合的普遍理論。這些理論從不同的角度，采用不同的數(shù)學(xué)工具，分析研究共軛齒廓的普遍理論。例如吳序堂主要是應(yīng)用解析法研究共軛齒廓，吳大任和駱家舜主要采用矢量分析和微分幾何研究共軛齒廓，陳志新主要采用矢量回轉(zhuǎn)、陳惟榮主要采用矢量回轉(zhuǎn)矩陣研究共軛齒廓。

齒輪的承載能力方面，1881 年，H. Hertz 導(dǎo)出了兩個(gè)圓柱體接觸時(shí)，接觸區(qū)域接觸壓力的計(jì)算公式。1908 年，E. Videky 把 H. Hertz 公式用于齒輪的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算，從而奠定了齒輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的理論基礎(chǔ)。W. Lewis 發(fā)表了建立在拋物線等強(qiáng)度梁基礎(chǔ)上的包含齒形系數(shù)的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式，成為齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算的理論基礎(chǔ)。

齒輪的承載能力，不僅依賴于齒輪設(shè)計(jì)和制造水平的提高，還有賴于齒輪材料及熱處理技術(shù)。

1920 年左右，各種高質(zhì)量的合金鋼得到廣泛應(yīng)用。1930 年前后，滲碳和表面滲碳技術(shù)迅速發(fā)展，1950 年，齒輪高頻硬化技術(shù)推廣使用。傳統(tǒng)的齒輪使用硬度低于 350HBS 的軟齒面齒輪為主。1980 年后，硬齒面和整體硬度在 350HBS上下的中硬齒面幾乎取代了軟齒面齒輪。硬齒面齒輪的推廣應(yīng)用使齒輪承載能力明顯提高。

傳統(tǒng)齒輪設(shè)計(jì)是以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)而總結(jié)出的半理論及半經(jīng)驗(yàn)公式、圖表和手冊(cè)等作為設(shè)計(jì)依據(jù)或指導(dǎo)準(zhǔn)則。目前一些齒輪現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法已經(jīng)應(yīng)用，如工作載荷譜與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、有限元分析、邊界元分析、可靠性設(shè)計(jì)等。這些方法使齒輪設(shè)計(jì)更具有科學(xué)性，更加完善和符合實(shí)際。齒輪制造方面，數(shù)控技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)齒輪加工技術(shù)的滲透已經(jīng)成為現(xiàn)代齒輪制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

偶數(shù)齒數(shù)變齒距星輪的齒形設(shè)計(jì)關(guān)鍵為星輪齒數(shù)是偶數(shù)和齒距是間隔變化的設(shè)計(jì)思路；設(shè)計(jì)難點(diǎn)為開發(fā)既滿足嚙合原理，又滿足帶式燒結(jié)機(jī)臺(tái)車具體運(yùn)行工況的齒廓曲線。由于星輪與輥輪屬于齒輪—銷齒條嚙合傳動(dòng)形式，因此星輪的基本齒廓曲線比較容易求得。為了滿足臺(tái)車在轉(zhuǎn)彎時(shí)端面不產(chǎn)生干涉和異常磨損這一工況，本節(jié)將嚙合角函數(shù)法首次應(yīng)用于帶式燒結(jié)機(jī)星輪齒形的求解領(lǐng)域，在基本齒廓曲線上進(jìn)行處理，得到了令人滿意的、能夠用統(tǒng)一方程表示的實(shí)際齒廓曲線，為星輪的最終制造和應(yīng)用打下了基礎(chǔ) 。

在研制新型星輪齒形過程中主要考慮以下要求：

(1)星輪的齒距要與相隔變化的輥輪列的輪距相匹配，應(yīng)該也是間隔變化的，這就要求星輪的齒數(shù)為偶數(shù)；

(2)星輪的齒廓曲線與輥輪的嚙合必須滿足平面嚙合理論；

(3)星輪的齒形還要滿足臺(tái)車在轉(zhuǎn)彎時(shí)端面不能產(chǎn)生干涉和異常磨損這一要求；

(4)星輪的齒廓曲線應(yīng)具有良好的幾何特性；

(5)星輪易于加工制造。2100433B

齒形鏈鏈輪與齒形鏈共同構(gòu)成鏈傳動(dòng)，一種應(yīng)用廣泛的重要機(jī)械基礎(chǔ)件，主要用在高速、重載、低噪音、大中心距的工況下，其傳動(dòng)性能優(yōu)于齒形帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)以及磙子鏈傳動(dòng)，以成為眾多行業(yè)首選對(duì)傳動(dòng)形式之一。

由于齒形鏈本身所具有的一些特點(diǎn)。近年來，汽車、摩托車和叉車等的發(fā)動(dòng)機(jī)也越來越廣泛地應(yīng)用了齒形鏈。它的幾個(gè)比較突出的特點(diǎn)是：

噪聲甚小。齒形鏈?zhǔn)峭ㄟ^工作鏈板與鏈輪齒的漸開線齒形進(jìn)行嚙合傳動(dòng)。因此，與滾子鏈和套筒鏈相比嚙合噪聲較小。

可靠性較高。這是因?yàn)辇X形鏈的鏈節(jié)是多片式結(jié)構(gòu)，當(dāng)其中個(gè)別鏈片在工作中遭到破壞時(shí)，并不立即使整根鏈條斷開，這就能使人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換。同時(shí)。與相同節(jié)距的套筒鏈和滾子鏈相比，齒形鏈傳動(dòng)更緊湊，如需增加承載能力，齒形鏈傳動(dòng)只需在寬度方向上增加較小的尺寸，而套筒鏈傳動(dòng)則需增加鏈條的節(jié)距或采用多排鏈。

運(yùn)動(dòng)精度較高。這是因?yàn)樵谥卑鍧L子鏈中，由于鉸鏈的磨損，它的內(nèi)節(jié)和外節(jié)的實(shí)際節(jié)距逐漸不同，外節(jié)節(jié)距變得愈來愈大，從而降低了傳動(dòng)精度。而齒形鏈各鏈節(jié)因磨損而伸長(zhǎng)是均勻的，因此保持有較高的運(yùn)動(dòng)精度。