小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究

倪高翔; 何超; 刘占旗; 李垚; 刘思远

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.017

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究

动态性能与啮合特性 | 更新时间：2026-05-27

- 小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究
- Study on meshing characteristics of beveloid gear and involute cylindrical gear transmission with low crossed shaft angle
- 机械传动 2026年50卷第3期页码：154-160
- 作者机构：
  
  1.三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，宜昌 443002
  2.重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室，重庆 400044
- 作者简介：
  
  倪高翔，男，1991年生，湖北枝江人，博士，讲师；主要研究方向为齿轮传动的几何设计与传动特性研究；Gaoxiang_Ni@outlook.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52205051);湖北省自然科学基金项目(2024AFB316)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.017
  中图分类号： TH132
- 收稿：2024-11-25，
  
  修回：2025-01-27，
  
  纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
移动端阅览
倪高翔，何超，刘占旗，等. 小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：154-160.

NI Gaoxiang，HE Chao，LIU Zhanqi，et al. Study on meshing characteristics of beveloid gear and involute cylindrical gear transmission with low crossed shaft angle［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：154-160.
倪高翔，何超，刘占旗，等. 小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：154-160. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.017.

NI Gaoxiang，HE Chao，LIU Zhanqi，et al. Study on meshing characteristics of beveloid gear and involute cylindrical gear transmission with low crossed shaft angle［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：154-160. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.017.

摘要

目的

针对交错轴变厚齿轮副在轴向窜动量较大时易产生的干涉与卡死现象，提出一种小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动类型，旨在提升传动系统的可靠性与环境适应性。

方法

首先，基于空间齿轮啮合理论，构建了小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮副的工作节圆锥-节圆柱数学模型；其次，提出该传动类型的几何设计方法，获得了关键的几何设计参数与安装参数；最后，利用有限元法建立负载啮合分析模型，系统研究了载荷、螺旋角及节锥角对啮合印痕、传递误差和齿根应力的影响规律。

结果

结果表明，随载荷增加，齿轮副的啮合印痕面积、传递误差及齿根弯曲应力均呈增大趋势。增大变厚齿轮的节锥角会导致啮合印痕面积减小，并使传递误差与齿根弯曲应力上升；而增加变厚齿轮的螺旋角则能有效扩大啮合印痕面积，并降低传递误差的峰峰值及齿根弯曲应力。研究结果可为小交错角变厚齿轮传动的设计与应用提供指导。

Abstract

Objective

To address the interference and blocking phenomena caused by large axial displacement in crossed beveloid gear pairs

a new transmission type involving a beveloid gear and an involute cylindrical gear with a low crossed shaft angle was proposed. This research aims to enhance the reliability and stability of the gear system.

Methods

Firstly

based on the spatial gear meshing theory

a mathematical model of the working pitch cone-pitch cylinder for this gear pair was established. Secondly

a geometric design method was developed to obtain the necessary design and installation parameters. Finally

a loaded tooth contact model was created using the finite element method to investigate the influences of load

pitch cone angle

and helix angle on contact patterns

transmission errors

and tooth root stresses.

Results

The results indicate that the contact pattern area

transmission error

and tooth root bending stress all increase with increasing load. An increase in the pitch cone angle of the beveloid gear leads to a reduction in the contact pattern area and an increase in both transmission error and tooth root stress. Conversely

increasing the helix angle of the beveloid gear enlarges the contact pattern area while decreasing the peak-to-peak value of the transmission error and the tooth root stress. These findings provide a basis for the precision design and performance optimization of low-crossed-shaft-angle gear transmissions.

关键词

Keywords

references

SONG C S ， ZHOU Y ， ZHU C C ， et al . Loaded tooth contact analysis of intersected beveloid and cylindrical involute gear pair with small shaft angle ［J］. Journal of Advanced Mechanical Design，Systems，and Manufacturing ， 2018 ， 12 （ 1 ）： JAMDSM0004 .

周尧，宋朝省，朱才朝，等 . 小角度相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮传动修形啮合特性分析［J］. 机械工程学报， 2019 ， 55 （ 15 ）： 135 - 144 .

ZHOU Yao ， SONG Chaosheng ， ZHU Caichao ， et al . Effects of tooth modifications on mesh characteristics of intersected beveloid and cylindrical involute gear pair with small shaft angle ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2019 ， 55 （ 15 ）： 135 - 144 .

NI G X ， LIU Z Q ， SONG C S ， et al . Geometric parameter design and contact characteristics of beveloid gear and involute cylindrical gear transmission with crossed axes ［J］. Journal of Mechanical Science and Technology ， 2024 ， 38 （ 2 ）： 815 - 825 .

ZHU F H ， SONG C S ， ZHU C C ， et al . Tooth thickness error analysis of straight beveloid gear by inclined gear shaping ［J］. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing ， 2022 ， 23 （ 4 ）： 429 - 443 .

YE X X ， CHEN Y H ， LU B B ， et al . Study on a novel backlash-adjustable worm drive via the involute helical beveloid gear meshing with dual-lead involute cylindrical worm ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2022 ， 167 ： 104466 .

陈燕，殷国富，陈永洪 . 变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动啮合性能分析［J］. 中国机械工程， 2019 ， 30 （ 23 ）： 2798 - 2808 .

CHEN Yan ， YIN Guofu ， CHEN Yonghong . Meshing performance analyses of variable tooth thickness involute gear enveloping hourglass worm drives ［J］. China Mechanical Engineering ， 2019 ， 30 （ 23 ）： 2798 - 2808 .

刘思远，宋朝省，朱才朝 . 小交错角面铣准双曲面齿轮副的几何设计与啮合特性［J］. 中国机械工程， 2022 ， 33 （ 13 ）： 1521 - 1528 .

LIU Siyuan ， SONG Chaosheng ， ZHU Caichao . Design methodology and mesh characteristics of face-milled hypoid gears with low crossed shaft angle ［J］. China Mechanical Engineering ， 2022 ， 33 （ 13 ）： 1521 - 1528 .

MARINO D ， BINZ H ， BACHMANN M . Analytical design method for beveloid gears with a small shaft angle and offset ［J］. Forschung Im Ingenieurwesen ， 2019 ， 83 （ 3 ）： 611 - 620 .

NI G X ， SONG C S ， FANG Z F ， et al . Effects of geometric design parameters and misalignments on contact ellipse of crossed beveloid gears ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2021 ， 165 ： 104441 .

CAO B ， LI G L ， TAO Y J ， et al . Robust geometric parameter optimization of a crossed beveloid gear pair with approximate line contact ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2022 ， 168 ： 104596 .

陈鹏，王三民，李飞 . 基于ease-off的弧齿锥齿轮齿面高阶接触分析方法［J］. 航空动力学报， 2024 ， 39 （ 6 ）： 243 - 252 .

CHEN Peng ， WANG Sanmin ， LI Fei . High-order contact analysis method of spiral bevel gear tooth surface based on ease-off ［J］. Journal of Aerospace Power ， 2024 ， 39 （ 6 ）： 243 - 252 .

MO S ， LI Y H ， WANG D D ， et al . An analytical method for the meshing characteristics of asymmetric helical gears with tooth modifications ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2023 ， 185 ： 105321 .

LI H N ， TANG J Y ， CHEN S Y ， et al . Loaded contact pressure distribution prediction for spiral bevel gear ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2023 ， 242 ： 108027 .

彭先龙，侯艳艳，李爱民，等 . 可展直纹面面齿轮传动的承载接触分析［J］. 西安交通大学学报， 2023 ， 57 （ 3 ）： 86 - 96 .

PENG Xianlong ， HOU Yanyan ， LI Aimin ， et al . Analysis of bearing contact of developable ruled surface face gear transmission ［J］. Journal of Xi'an Jiaotong University ， 2023 ， 57 （ 3 ）： 86 - 96 .

林家祥，招远聪，付学中，等 . 非对称变位斜齿轮参数化建模和接触应力分析［J］. 机械传动， 2024 ， 48 （ 6 ）： 117 - 123 .

LIN Jiaxiang ， ZHAO Yuancong ， FU Xuezhong ， et al . Parametric modeling and contact stress analysis of asymmetric modified helical gears ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 117 - 123 .

浏览量

112

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

柔轮齿廓参数优化和啮合特性分析软件开发

考虑结构柔性的行星轮系齿轮啮合特性分析与优化

基于啮合特性直齿锥齿轮分支传动静力学均载分析

基于平行连杆机构加工的圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性研究

一种新型履带式管道检测机器人结构设计及管内通过性研究