考虑不对中误差的人字齿轮双侧应力偏载分析.pdfVIP

128JournalofMechanicalTransmission2025年第49卷第7期

考虑不对中误差的人字齿轮双侧应力偏载分析

1112

张春鹏刘和祥孙其愿杨亚洲

（1.潍坊学院机械与自动化学院，潍坊261061）

（2.青岛天仁微纳科技有限责任公司，青岛266109）

摘要：【目的】在加工制造人字齿轮过程中不可避免地会存在双侧轮齿不对中的情况，这可能会

引起齿轮双侧轮齿载荷差异过大，甚至是单侧承载的状况，导致齿轮过早失效。为改善这一现象，

研究了不对中误差对齿轮双侧应力差异性的影响。【方法】通过理论推导，得到了啮合刚度、不对中

误差及转矩变化与应力偏载系数之间的关系；基于计及不对中误差的有限元仿真模型，分别计算了

不对中误差、啮合刚度和转矩对人字齿轮双侧齿根拉应力、压应力和应力偏载系数的影响，分析了

双侧轮齿接触应力分布情况，确定了单侧啮合和双侧啮合的区间，验证了理论分析的正确性。【结

果】仿真结果表明，除了提高加工精度外，增大系统转矩、减小啮合刚度与增加齿轮轴轴向柔性，

都是减小人字齿轮双侧应力偏载差异的有效方式。

关键词：人字齿轮；不对中误差；接触应力；应力偏载系数

中图分类号：TH132.41DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.07.016

0引言学模型，分析了滑动轴承的动力特性、工作条件和柔

性结构对均载特性的影响。王海旭等[7]针对系统的均

人字齿轮具有结构紧凑、承载能力大、传动平稳

载特性研究发现，可以通过添加柔性支承来改善载荷

等优点，被广泛应用于航空航天、军民舰船、交通运

分配不均问题。单来阳等[8]建立了同轴面齿轮传动系

输和清洁能源等领域。在齿轮加工过程中，机床变形

统弯扭耦合动力学模型。研究发现，合理的输入件浮

和刀具磨损等都可能导致人字齿轮双侧轮齿产生非对

动量会改善系统均载特性。MO等[9]通过集中参数法建

称的加工误差。齿轮存在不对中误差时，会引起人字

齿轮双侧轮齿载荷产生差异；啮合过程中，轮齿承受立了人字型行星轮系统，分析了多种误差作用下系统

周期性载荷作用，承载较大一侧的轮齿会加速疲劳失的均载特性，认为偏心误差对均载影响最大。

效。研究不对中误差对人字齿轮应力差异性的影响，均载问题同样存在于单个齿轮部件上，相关研

可为提高人字齿轮强度、改善系统性能提供依据。究涉及齿轮传动系统的振动响应和固有特性。LI[10]通

目前，学者们主要将精力集中于行星轮系中轮过试验测试和有限元分析，对薄壁直齿圆柱齿轮的

间均载的研究上。李凯阳等[1]分析国内外文献发现，共振频率特性进行了研究，发现齿轮腹板位置轴向

误差是影响载荷分布不均的根本原因，改善均载最变化会影响薄壁齿轮的固有频率。MO等[11]建立了星

有效的方法就是降低系统对误差的敏感程度，主要型齿轮传动系统，认为齿廓非对称齿轮的工作状态更