變雙曲圓弧齒線齒輪切削仿真及參數優化

廖奎，侯力，張海燕，吳陽

(四川大學機械工程學院，四川成都 610065)

0 前言

變雙曲圓弧齒線圓柱齒輪(VH-CATT)是一種將圓弧齒線運用于齒輪齒線上的新型齒輪。與現有齒輪形式相比，其承載能力更強、傳動性能更優，具有廣闊的運用前景。VH-CATT由曲線齒錐齒輪衍生而來。20世紀初，由于普通漸開線齒輪普遍有著承載能力差的缺點，美國韋爾哈德最早提出將齒廓發展為圓弧形，并在曲線齒錐齒輪的研制中取得了較大成功。LITVIN和GUTMAN對該曲線齒錐齒輪的成形理論及接觸進行了深入研究。而在國內，隨著我國社會的不斷發展，實際機械工程對于齒輪的要求也越來越高，更多的科研工作者開始關注弧齒輪這一具有前景的研究方向，如吉林大學彭福華教授曾嘗試通過圓拉法提高弧齒圓柱齒輪的加工效率；曾韜等數學工作者對螺旋錐齒輪的嚙合理論進行了系統的研究等。

VH-CATT由于成形復雜，很難用普通的數控機床加工成形，所以需要使用高檔數控機床進行加工。但是這樣加工出來的VH-CATT為近似加工，存在有加工原理誤差、成本極高、很難工業化等缺點。因此，要實現VH-CATT的大規模工業化，其專用數控機床的研制就顯得格外重要。由于現在沒有專用的加工機床，其加工以及調整較為復雜。如果不對VH-CATT切削加工過程中的參數進行合理設置，就不易獲得理想的加工效率及加工質量。因此，本文作者分析VH-CATT的加工原理，進行VH-CATT的切削仿真并利用鯨魚算法優化切削參數。

1 VH-CATT切削加工成形原理

與傳統的圓柱齒輪相比，VH-CATT的齒線特殊，沿著與齒輪同軸的某一圓柱面展開的平面上呈圓弧形，而其他齒輪如直齒輪、斜齒輪等的齒線為直線與斜直線。……