剃齿加工具有生产效率高等优点,被齿轮制造业广泛应用,但该加工方法不足之处在于工件齿轮齿形在节圆附近会产生不同程度的剃齿齿形中凹误差现象。尤其是重合度小于2时齿形中凹误差现象最为显著,严重影响了工件齿轮的齿面精度和啮合传动状态。本文系统的从剃齿齿形中凹误差的机理分析、传动特性、剃齿刀设计等方面对剃齿齿形中凹误差问题进行深入理论分析。根据交错轴螺旋齿轮副空间啮合原理,对剃齿啮合过程展开研究,重点从重合度因素对齿形中凹误差的影响机理入手,运用空间啮合模型建立、啮合方程推导、瞬时接触点数及位置区域的计算等步骤,获取重合度的改变对啮合周期内接触点数及位置的变化规律,以及运用静力学、弹性力学等知识对接触应力曲线的变化分析等方面的研究,得出重合度—接触变形—齿形中凹误差三者之间的关系。针对齿数、变位系数、轴交角等剃齿刀设计参数对啮合传动特性(传递误差、传动比传动效率等)的影响,通过实验获取不同重合度的剃齿啮合传动特性对齿形中凹误差的影响规律,并以传动误差作为量纲,为剃齿刀的设计提供重要的理论判据。基于负变位剃齿和平衡剃齿的原理,对传统负变位剃齿刀进行非等边齿形设计,通过减小副工作面的最大曲率半径,使剃齿刀的主、副工作面同时啮入,实现平衡剃齿。该方法有效地消除了节圆附近三点啮合区域,改善了该区域剃齿刀与工件齿轮之间啮合受力不均的情况。以传动误差作为量纲,将非等边剃齿刀与原负变位剃齿刀与工件齿轮的啮合过程进行对比分析可知:非等边剃齿刀能够优化负变位剃齿的不足以及平衡剃齿条件难以实现的缺点,使剃齿啮合过程轮齿间啮合力趋于平稳,实现平衡剃齿,降低传动误差幅值,为消除剃齿齿形中凹误差提供了新的技术思路。[1]运用CATIA对剃齿刀和工件齿轮进行三维实体建模,并通过Abaqus有限元分析软件对整个啮合过程进行动态有限元仿真分析,获取传动误差、接触应力对比曲线,验证非等边剃齿刀减小或消除剃齿齿形中凹误差的有效性,为减小剃齿齿形中凹误差提供了有效地解决途径。