直交軸凹面錐形齒輪對組裝誤差分析與齒面疲勞破壞實驗

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彭敬之(Jinh-Jhih Peng) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

直交軸凹面錐形齒輪對組裝誤差分析與齒面疲勞破壞實驗
(Assembly Errors Analysis and Tooth Surface Fatigue Experiment of Concave Conical Gear Pairs on Intersecting Axes)

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摘要(中)

錐形齒輪運用在傳動機構上具有加工便利性、組裝多樣性與組裝敏感度低等特性，但是由於其變齒厚的特性，在嚙合的型態上為點接觸的型式，若是運用於重負載的場合容易造成應力過大而破壞。國內外已有多位學者針對此點進行改善的研究，其中一種方式是將錐形齒輪修整為凹面型式以降低接觸應力。傳統的齒線修整路徑為圓弧曲線，亦有提出以不同的二次曲線作為修整路徑，相關研究指出以雙曲線路徑修整為最佳曲線。
本論文延續前人對不同二次曲線路徑修整之凹面錐形齒輪的理論研究，將無修整、圓弧修整與雙曲線修整三種不同型式的正齒輪－錐形齒輪對，以直交軸的嚙合型態進行組裝誤差分析與齒面疲勞負載測試。首先於萬用齒輪嚙合測試機進行組裝誤差分析，比較不同修整型齒輪對之嚙合齒印型態以及在具有角度誤差或偏位誤差時嚙合齒印偏差的型式；接著將齒輪對於自行設計組裝之直交軸齒輪對疲勞破壞測試設備中進行負載測試，比較不同修整型齒輪對在相同的負載條件與運轉圈數下其疲勞破壞狀況的差異。
實驗結果顯示，經齒面修整之齒輪對確實可將嚙合型態由點接觸近似為線接觸的型態，但也容易因組裝誤差而產生齒面的邊緣接觸，在長期運轉下容易在齒面邊緣處造成嚴重的刮傷破壞。

摘要(英)

Conical gear has many advantage to be applied in the power transmission such as easy manufacturing, multiple assembly and low assembly sensitivity. Because its tooth thickness varies with the face-width, the contact pattern of a conical gear pair is point contact. Therefore, the flank surface would be failed due to a large contact stress under heavy loading. Some research works have been proposed to solve this problem. One of the methods is flank modification on conical gears to lower the contact stress. The conventional method is applied with a circular path as longitudinal modification path, however some research works have shown that hyperbolic path is better than circular path for flank modification.
The aim of the thesis is to continue a theoretical research of concave conical gear on different quadratic modification path by using experimental method. Spur-conical gear pairs with three different types of flank modification, i.e. non-modified, circular and hyperbolic path, are analyzed in the thesis to explore the influences of assembly errors and tooth surface durability experimentally. First the contact patterns of the different modified gear pairs were measured on a universal single flank testing machine under angular and offset assembly errors. Then their tooth surface fatigue types were observed and recorded by conducting a loaded failure running test on a test rig.
The experimental results show that the contact pattern of the gear pairs with modified flanks would become approximate line contact. However, they tends easily to edge contact due to assembly errors. And serious scuffing failure are also found in the near of the edge of the face-width on a long-term running test.

關鍵字(中)

★ 凹面錐形齒輪
★ 齒面疲勞
★ 組裝誤差
★ 點接觸
★ 刮傷
★ 邊緣接觸
★ 近似線接觸

關鍵字(英)

★ concave conical gear
★ assembly errors
★ point contact
★ tooth surface fatigue
★ scuffing
★ edge contact
★ approximate line contact

論文目次

摘要 i
Abstract ii
謝誌 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 xi
第1章前言 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 錐形齒輪介紹 1
1.1.2 修整型錐形齒輪 2
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究目的 5
1.4 論文架構 5
第2章研究方法 7
2.1 研究架構 7
2.2 凹面齒輪接觸應力 8
2.2.1 凹面齒輪介紹 8
2.2.2 雙曲線齒面修整路徑 10
2.2.3 齒面破壞的類型 11
2.3 直交軸齒輪對組裝誤差分析 14
2.3.1 組裝誤差的種類 14
2.3.2 組裝誤差分析原理 15
2.4 直交軸齒輪對齒面疲勞實驗 18
2.4.1 齒輪數據 18
2.4.2 齒輪測試設備 20
2.4.3 強制潤滑設備 24
2.4.4 電控模組 25
2.4.5 功率傳遞 27
2.4.6 齒面接觸校正 28
2.4.7 加載器加載 30
2.4.8 扭矩量測 31
2.5 齒面破壞的量測方式 31
第3章組裝誤差實驗與分析 33
3.1 實驗規劃 33
3.1.1 萬用齒輪嚙合測試機簡介 33
3.1.2 實驗流程 34
3.2 角度誤差對齒面接觸之影響 37
3.3 偏位誤差對齒面接觸之影響 41
3.4 小結 45
第4章齒面疲勞破壞試驗 46
4.1 實驗基本條件 46
4.1.1 齒面粗糙度量測 46
4.1.2 齒輪嚙合齒印 46
4.1.3 潤滑條件 47
4.2 實驗規劃 47
4.2.1 負載規劃 47
4.2.2 實驗流程 49
4.3 實驗結果 51
4.3.1 齒面粗糙度趨勢 51
4.3.2 齒面破壞狀況 57
4.4 分析與討論 60
4.4.1 齒面粗糙度趨勢探討 60
4.4.2 齒面破壞狀況探討 61
第5章結論與展望 63
5.1 結論 63
5.2 未來展望 64
參考文獻 66
附錄一. 萬用齒輪嚙合測試機功能規格 71
附錄二. 齒輪加工檢驗報告 73
附錄三. 電控模組之電路圖 86
附錄四. 修整正齒輪加工圖 87

參考文獻

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指導教授

蔡錫錚(Shi-Jeng Tsai)

審核日期

2011-10-11

推文