齿轮轴向滚轧成形建模与轮齿完整性研究

齿轮滚轧成形的轮齿完整性对轧轮齿根应力和寿命有着重要影响。为了揭示齿轮轴向滚轧成形齿高的增长规律,便于设计轧轮以及提高轧轮寿命,依据平面啮合理论及轴向滚轧工艺特点,推导出成形件的齿廓方程式;基于坐标变换法及齿轮轴向滚轧渐进成形特征,求得任意时刻轧轮半齿在齿坯截面上的包络面积;根据体积守恒,建立任意时刻齿轮轴向滚轧成形件的齿高估算模型,并据此得到轧轮精整段齿全高计算方程式。以模数为1.75 mm,压力角为20°,齿数为46的直齿轮滚轧为例,利用有限元和滚轧试验对所提出的模型与轮齿完整性进行分析。结果表明:齿高估算模型的理论值与试验值最大相对误差为4.97%;由齿全高计算模型设计的轧轮能保证轮齿完整性,避免成形齿顶出现完全光顶现象,防止兔耳缺陷埋入齿顶,影响成形齿的性能;同时,降低轧轮齿根应力32.89%。本研究为解决轧轮齿全高精确计算提供了理论基础。