少齿数高减速比准双曲面齿轮设计与试验研究

"这篇论文是关于高减速比准双曲面齿轮的设计与切齿试验，发表于2015年的《河南科技大学学报：自然科学版》，由魏冰阳等人撰写。该研究得到了国家自然科学基金的支持，并涉及齿轮设计的几何限制条件、节锥选择以及三维仿真与切齿试验。论文关注的是在提高减速比的同时，如何实现准双曲面齿轮的小轮体积最大化，以提升其在机器人和机电一体化设备中的应用潜力。" 正文: 准双曲面齿轮是一种在高减速比传动中表现出色的齿轮类型，具有高重合度、运行平稳、承载能力优秀以及空间布置灵活等特点。在功率密度需求高的领域，如机器人和机电一体化技术，这种齿轮的使用变得越来越普遍。相较于传统的蜗轮或行星齿轮，准双曲面齿轮在高减速比下仍能保持高效能，传动效率高出15%以上，并且由于其硬齿面磨削工艺，能确保长期的啮合精度。 本文的研究核心在于解决高减速比准双曲面齿轮设计中的关键问题，即节锥的确定和轮齿几何系数的选择。通过对少齿轮数准双曲面齿轮的几何限制条件进行分析，作者提出了新的节锥设计收敛条件。研究中以最大化小轮体积为目标，采用优化求解方法来确定大轮和小轮的节锥参数。这一过程涉及到数学优化技术和计算机辅助设计（CAD）软件的应用，如Matlab和UG，它们在设计和仿真中起到了至关重要的作用。 在确定了齿轮参数后，研究人员进行了齿数比为3:60的准双曲面齿轮的三维仿真。这种仿真可以帮助预测齿轮在实际工作条件下的行为，包括应力分布、接触分析以及可能的磨损情况。最后，这些设计在GH-35机床上进行了切齿试验，以验证理论设计的可行性和实际性能。切齿试验的成功证明了这种少齿数、高减速比的准双曲面齿轮不仅在理论上是合理的，而且在实践中也能够成功制造和运行。 这项研究为高减速比准双曲面齿轮的设计提供了一种新的方法，通过优化节锥设计和小轮体积最大化，提高了齿轮的实用性和效率。此外，它还展示了现代计算工具在齿轮设计和分析中的应用，对于推动齿轮制造技术的进步具有重要意义。未来的研发可能将进一步探索这种齿轮在更复杂工况下的表现，以及如何进一步优化其性能和寿命。