设计的基本原则
第一章 绪论
1.1 论文的背景灵堂对联
齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。随着航空航天事业的发展，航空齿轮传动在飞行器的动力装置中得到了广泛应用，占有很重要的地位。航空齿轮传动在设计和生产方面与普通机械中应用到的齿轮既有相同之处，又有很大差别。例如：航空齿轮传动应在保证飞行安全高可靠性的前提下，单位质量应尽可能轻；占用空间尽可能小；传递功率大，齿轮圆周速度高，齿面精度高，工作平稳性好，噪声低等。长期以来，为了提高航空齿轮传动的质量、可靠性以及减轻齿轮传动装置的重量，人们做了大量的研究工作。面齿轮传动（Face Gear Drive）技术从中脱颖而出，针对面齿轮传动的研究也越来越多。据国外有关文献报道，在直升机传动系统中采用具有面齿轮的动力分流装置，比传统装置的重量下降了40%，且振动小、噪声低，具有很多优点。在国外，面齿轮传动技术已经取得了实质性的进展，针对面齿轮传动的切齿技术和磨齿技术都已经在最近几年实现，在低功率轻载荷场合，面齿轮传动已成功应用于铣床主轴的传动系统、齿轮箱、汽车传动系统中的后桥驱动和差速传动、锥形搅拌机、机器人传动、雷达天线传动等等[3]。
从所查的资料看，国际上所针对面齿轮传动开展的研究内容有：面齿轮齿面生成原理；啮合原理和啮合特性研究；强度的有限元分析研究；面齿轮的加工方法及加工装备的研究；面齿轮传动的试验研究。南
京航空航天大学在国家自然科学基金和航空科学基金的资助下已进行了面齿轮传动的理论研究，包括：面齿轮齿面生成原理；几何设计、啮合原理、啮合特性；强度的有限元分析；面齿轮齿面瞬时温升的计算机辅助分析。但是，国内针对面齿轮加工方法、加工设备等“瓶颈”问题的研究还没有进行，这直接影响了面齿轮传动的推广应用，尤其是在高速重载等要求高的场合的应用。因此，开展面齿轮加工方法、加工设备的研究，主要包括切齿技术和磨齿技术的研究，是非常有必要的。本文将围绕面齿轮的加工进行研究。
1.2 面齿轮传动的特点与研究现状
面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的齿轮传动。图1.1是面齿轮传动的示意图，其中齿轮1为普通的圆柱齿轮（小齿轮），齿轮2为面齿轮（圆锥齿轮），两轮轴线相交，其夹角为γ。当γ=90°时，圆锥齿轮的轮齿将分布
在一个圆平面上，锥齿轮即为面齿轮，从而泛称为面齿轮传动。
图1.1面齿轮传动示意图
为了使面齿轮传动能够正常啮合传动，其中的锥齿轮并非为一般的普通圆锥齿轮，而是用与其相配对的圆柱齿轮相同尺寸的齿轮插刀经范成原理加工出来的。由于这种齿轮机构实现了相交轴之间的传动，
因而与普通的锥齿轮传动类似，其节面为锥面。啮合角随齿宽上的位置不同而变化，对于某个特定的位置来说它是常数。当位置向面齿轮的轴线变化时，啮合角逐渐变小。在小齿轮的节锥半径等于圆柱齿轮的基圆半径的位置时，啮合角变为0°。但面齿轮的齿宽是不能到达啮合角等于0°的位置。事实上，在这点附近，切削加工过程中刀具的刀顶过渡部分会切掉面齿轮的共轭齿廓，即产生根切现象。在小齿轮的节锥半径等于圆柱齿轮的分度圆半径处，其啮合角即为分度圆的压力角。在离开面齿轮轴线愈远的位置，其啮合角愈大，齿顶厚愈小。到达一定位置处，面齿轮的齿顶厚为0，产生尖顶现象。因此，面齿轮的轮齿一端易根切，另一端齿顶会变尖，使得其齿宽受到一定的限制，影响其承载能力。鳊鱼怎么钓
与锥齿轮传动相比较，面齿轮传动具有如下几方面的优点:
（1）小齿轮为渐开线圆柱齿轮，其轴向位置误差对传动性能几乎没有影响，其它方向（比如径向）误差的影响也较小，无需防位错设计；而在普通锥齿轮传动中，两锥齿轮的锥顶要重合，轴向误差将会引起严重的偏载现象。在一些重要的锥齿轮传动中（如航空螺旋锥齿轮传动）还要专门进行防位错（即防止锥顶分离）设计。因此，面齿轮传动机构的安装时间大大减小，仅需要调节面齿轮的轴向位置。
（2）面齿轮传动比普通的锥齿轮传动具有较大的重合度。据有关文献介绍，其重合度在空载下一般
可达到1.6～1.8，理论上重合度可以高达2以上，在受载时会更高。重合度大对提高承载能力和增加传动的平稳性是相当重要的。
（3）小齿轮为直齿圆柱齿轮时，小齿轮上无轴向力作用。这可以简化支承，减轻重量，相应地也就增加了承载能力。这对于空间受到限制和重量要求轻的场合是极为有用的。
（4）小齿轮为渐开线齿轮，根据渐开线的性质可知，同时啮合齿对的公法线相同，且在不同的瞬间也不改变。这对于动力传动极为有利。
（5）对于点接触面齿轮传动，在理论上仍然能保证定传动比传动。而常用的点接触锥齿轮传动从原理上已不能保证定传动比传动，其传动比是在一定范围内波动的。因此相对来说面齿轮传动的振动小、噪声低。
根据传统的观点，面齿轮传动的缺点主要有两方面：
（1）由于加工面齿轮的刀具的尺寸与实际啮合中的圆柱齿轮相同，因此，从理论上讲，加工面齿轮的刀具将是无穷多。
（2）由于受根切和齿顶变尖的限制，面齿轮的齿宽不能设计得太长，从而使面齿轮的承载能力受到了限制。
在较早期的文献中对面齿轮机构有一些简单的几何描述。最具有代表性的是Buckingham在1949年在其著作《Analytical mechanics of gears》中介绍了面齿轮传动。他利用投影几何的方法近似的研究了面齿轮齿形的变化特点。有关面齿轮的最新研究则出现在美军方与NASA联合进行的ART（the Advanced Rotorcraft Transmission）计划中，对面齿轮传动进行了高速重载的研究，并设计了采用面齿轮传动的新型直升机主减速器传动装置的分流传动结构[7]，如图1.2（a）所示，图1.2（b）是其面齿轮传动部分简图。若采用通常的螺旋锥齿轮作为传动分流环节，则必须采用两个螺旋锥齿轮，其支撑结构较为复杂，重量也会增加，如图 1.2（c）所示。这种带有面齿轮分流结构的直升机主减速器，其重量较传统的结构下降了40%，且动力分流效果好、振动小、噪声低，取得了很好的效果。在ART项目结束后，美国DARPA （Defen Advanced Rearch Projects Agency）在TRP项目（Technology Reinvestment Program）中继续支持对面齿轮传动技术的研究，其主要研究背景是把面齿轮传动技术应用于新一代阿帕奇（Apache）武装直升机中，其研究内容包括：各类面齿轮传动的齿接触分析（Tooth Contact Analysis—TCA），渗碳磨削面齿轮的制造与实验研究。西欧洲的一些发达国家把面齿轮传动称为“21世纪旋翼机传动之希望所在”，陆续地开始研究，如意大利的“FACET”
计划，该计划是由意大利的阿古斯塔（Agusta）公司从1998年起开始对面齿轮用于航空传动系统进行研究的。他们将集中研究4个方面的问题，即面齿轮传动的结构设计、初步理论研究、全尺寸实验研究和设计改进等。参加面齿轮传动研究的主要有：UIC（the University of Illinois at Chicago）, Boeing McDonnel Douglas Helicopter Co.,，NASA Glenn Rearch Center 和Lucas Western Inc.。
（a）
（b）
（c）
图1.2 具有面齿轮传动的直升机主减速器
UIC的Litvin等人对面齿轮传动的几何设计作了研究。Handschuh等人报道了面齿轮传动耐久性试验、力矩分流的精度和动力学方面的试验的情况。实验包括两方面的内容：第一是关于面齿轮传动用于高
速重载的可行性实验；第二是关于动力分流的初步实验。第一个实验是在NASA Glenn（原Lewis）研究中心进行的，实验转速为19000r/min，功率分别为135kW和270kW（为实际使用的1/8和1/4），试件尺寸是实际结构的1/2，共用了4对齿轮试验（其中两对是陪试）。小齿轮经3×107次循环后，试验齿轮（即小齿轮驱动面齿轮）的齿面接触良好，接触分布在整个齿面上；而陪试的齿轮（面齿轮驱动小齿轮）的齿面中部有一定程度的点蚀出现。第二个实验是在Lucas Western进行的，主要进行了力矩分流的精度和动力学方面的试验。试验表明，让转速在第一阶固有频率附近工作时，并没有出现共振现象，也即两面齿轮与圆柱齿轮的浮动能有效地抑制共振发生。同时，通过移动面齿轮使啮合偏离设计位置时，在一个很大的范围内两面齿轮轴上的力矩几乎相等。这些试验都取得了初步成功，证明了面齿轮传动用于高速大功率传动是可行的，且动力性能和力矩分流的精度都相当出色。将将
杨红樱的作品从波音公司主页下Boeing Frontiers Online栏中查得的资料[9]看，2005年，由美军方应用航空技术董事会AATD（the U.S. Army's Applied Aviation Technology Directorate）主办的一项目中，将面齿轮传动技术应用于直升机传动系统（其中包括AH-64D Apache武装直升机）中，已成功地试运行60小时，试验表明，面齿轮传动提供了更高的功率和承载能力。进一步的试验研究将由波音公司和芝加哥北星航宇公司共同完成，运行时间将达到400小时，试验中用到的面齿轮及相关设备由加拿大北星航宇公司提供。
近几年来国外对面齿轮传动的研究主要包括：各类面齿轮传动的齿接触
分析；渗碳磨削面齿轮的制造与实验研究；具有面齿轮传动的概念验证机的研制与试验；Litvin等人提出了一种非对称齿形的面齿轮，并进行了理论分析，试图进一步提高面齿轮的性能。
需要指出的是，如果加工面齿轮的齿轮插刀与实际啮合的圆柱齿轮相同，加工过程是模拟实际的啮合运动，则理论上可以使面齿轮传动实现线接触。事实上，这种线接触的情况是不会发生的。由于各种误差的影响，接触面会发生偏移，从而导致不希望的边缘接触。为了避免这种情况，所使用的齿轮插刀的齿数要比圆柱齿轮的齿数多1～3个[7]，这将使接触区局部化，成为点接触面齿轮传动。考虑到实际面齿轮传动过程中，面齿轮和小齿轮的齿面因载荷作用而发生弹性变形，则理论上的瞬时点接触将变为一系列的椭圆区域，且该瞬时接触椭圆的对称中心与理论啮合点相重合。
关于爱国的事例1.3 本文的研究内容
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早在50年前，人们就对开始对面齿轮有初步的认识，并在低速轻载等要求不是很高的场合中获得了应用，随着人们对面齿轮的几何特性和啮合特性的研究不断深入，面齿轮最近几年开始用于武装直升机传动系统等高速重载的大功率场合，Boeing公司和Litvin在面齿轮的设计与制造方面做了大量的研究工作，在面齿轮加工方面，已经研究了面齿轮的插齿加工、磨齿加工、加工工艺、面齿轮齿面的精度检测方法，以期提高面齿轮的齿面硬度和精度，并形成了面齿轮闭环加工制造系统。
支付宝密码怎么改本文主要对面齿轮的加工方法、加工原理作了较为全面的研究。其内容包括面齿轮传动的几何特性和
啮合特性；面齿轮的几何建模；面齿轮的插齿加工原理；面齿轮的插齿加工仿真；面齿轮的磨齿原理；砂轮的齿面方程的推导；面齿轮磨齿的啮合特性和砂轮的修正。这些研究为面齿轮加工装备的研究和工艺研究打下了一定的理论基础。
