等高齿弧齿锥齿轮的三维精确建模与加工试验

基于格里森制弧齿锥齿轮,运用局部综合法与轮齿接触分析(TCA)技术,研究等高齿弧齿锥齿轮的几何设计、加工参数设计和刀盘参数。通过UG软件,建立该齿轮的三维精确模型,对大、小轮模型进行运动仿真,模拟齿面的接触区情况。该等高齿设计的弧齿锥齿轮,在加工时只需采用0号刀盘,简化了选刀过程,避免了对角接触。此外,该等高齿设计的弧齿锥齿轮能够进行磨齿加工。在GH35铣齿机上进行铣齿试验,试验结果表明:该等高齿接触区规范,易于调整,提高了加工效率。     

弧齿锥齿轮螺旋变性展成法及其轮齿接触分析

提出了一种新型螺旋锥齿轮加工方法——螺旋变性展成法.该方法大轮采用展成法加工,小轮采用螺旋变性法加工.分析并归纳了传统展成法中对角线接触现象的成因,建立了螺旋变性展成法刀盘压力角求解的几何模型,阐释了螺旋变性展成法消除对角线接触的原理.结合机床运动,分析螺旋变性展成法加工弧齿锥齿轮的齿面展成过程.依据齿轮啮合原理,获得小轮和大轮的齿面方程,据此模型开展轮齿接触分析,并与传统展成法作了对比分析.最后根据该方法以弧齿锥齿轮副进行啮合仿真和切齿试验,仿真结果及滚检试验结果表明,采用螺旋变性展成法加工螺旋锥齿轮副可从理论上消除接触区呈对角线接触的现象,能有效改善齿面接触质量.     

准双曲面齿轮螺旋变性半展成法加工调整方法

针对大轮和小轮加工刀盘轴线不平行造成接触区成对角接触及调整修正复杂的问题,提出了一种新的加工方法——螺旋变性半展成法,研究了螺旋变性半展成法的加工原理、切齿方法和曲率修正方法,建立了准双曲面齿轮副的切齿模型．给出了机床调整关系式．最后利用齿面接触分析对实例进行了验证,结果表明：采用螺旋变性半展成法加工准双曲面齿轮副时,大轮和小轮刀盘轴线互相平行,从本质上避免了接触区出现对角接触的现象,降低了调整修正过程的复杂程度．     

弧齿锥齿轮小轮无刀倾切齿齿面修正方法

为了在无刀倾铣齿机上实现弧齿锥齿轮刀倾法小轮的等效加工,提出了一种基于齿面等效失配的小轮无刀倾切齿齿面修正方法。在建立弧齿锥齿轮共轭啮合数学模型的基础上,研究了齿面失配图的构建方法。通过比较小轮刀倾角为0°的齿面失配图与目标齿面失配图,计算出小轮误差齿面与目标齿面之间的偏差,采用最小二乘法对小轮加工参数进行了修正,实现了小轮误差齿面向目标齿面的逼近。以一对弧齿锥齿轮为例,进行了小轮无刀倾切齿参数的修正转化和啮合仿真。仿真结果与滚检结果一致,验证了本文方法的有效性。     

基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面分区修形方法

为预控双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮的啮合性能,研究基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面修形方法。用大轮理论齿面展成得到小轮共轭齿面,基于预设的对称抛物线传动误差和接触迹,将齿面划分为小端、中间接触区、大端共3个区域,并基于局部共轭原理沿啮合线方向对3个区域进行3段抛物线修形,得到目标齿面;采用Ease-off齿面接触分析方法,对得到的目标齿面啮合性能进行分析。研究结果表明:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触印痕达到预置要求;分区修形方法为双重螺旋法加工的齿轮工作齿面、非工作齿面同步分区修形优化提供了新途径。     

基于刀具法向基准的奥利康准双曲面齿轮精确建模与验证

基于奥利康制准双曲面齿轮切齿原理和加工方法,分析了三面刀刀头的结构和安装位置,提出了基于刀具NS(neutral surface)平面法向基准下刀盘数学模型的建立方法。在此基础上,推导了奥利康制准双曲面齿轮的加工机床坐标系,建立了成形法大轮和展成法小轮的齿面数学模型,整理了一套基于三面刀盘奥利康制准双曲面齿轮精确化建模流程。通过齿面模型得到的数学齿面与通过KIMOS软件得到的45点齿面进行对比和实际接触印痕与理论接触印痕对比两种方法进行齿面验证。结果表明:大小轮推导齿面与实际齿面齿线和几何形貌基本一致,小大轮齿面基本重合;小轮凹面最大误差位于小端偏齿顶处,其值为0.007 5 mm,大轮凸面最大为0.002 3 mm;KIMOS计算的理论轮齿接触分析(TCA)、轮齿承载接触分析(LTCA)印痕与有限元计算印痕的位置方向基本一致,验证了齿面的正确性。     

基于更新Kriging模型的双重螺旋法加工齿面的重构方法

针对双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮采用常用样条曲线重构误差较大、影响啮合仿真精度的问题,基于更新Kriging模型提出一种提高齿面重构精度的方法。根据双重螺旋法成型原理,推导大、小轮齿面方程,由此提取出小轮齿面的型值点,并对其归一化,然后基于高斯核的Kriging模型进行重构,以复相关系数为约束条件,评判重构结果、更新样本点集,通过循环Kriging模型得到控制顶点,最后通过蒙面法重构齿面。以双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮小轮齿面为例,比较基于更新Kriging模型的重构方法与常用样条曲线所建模型的重构精度。研究结果表明:更新Kriging模型提高了齿面重构精度。     

高重合度弧齿锥齿轮高阶传动误差设计与分析

为减少高重合度弧齿锥齿轮的振动和噪声,提出基于齿面曲率修正方法的高阶传动误差设计.首先,根据预设高阶传动误差曲线和齿面接触印痕,对与配对大轮完全共轭的小轮齿面进行修形,获得小轮目标齿面;然后,建立基于齿面曲率修正方法的小轮齿面数学模型;最后,建立齿面优化模型,并利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)反求与目标齿面高度逼近的小轮齿面曲率修正系数.算例表明:通过齿面曲率修正方法能够获得满足设计要求的高阶传动误差;与传统的传动误差相比,高阶传动误差在降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差的同时可以改善齿轮副的载荷分布,改善齿轮副的啮合性能.     

基于权重控制的齿面重构技术及有限元分析

针对刀倾法加工的螺旋锥齿轮采用常用的样条拟合方法重构误差不均布,而影响齿面接触仿真分析的精度问题,提出根据齿面控制顶点权重系数实现自适应齿面分区重构的方法。由Newton-Raphson方法确定齿面理论控制顶点而实现齿面分区,基于双二次NURBS曲面权重系数的计算方法,得出齿面控制顶点的权重分布,根据控制顶点权重系数确定各区域最优插值节点数而实现齿面的重构。以刀倾法加工的螺旋锥齿轮小轮齿面为例,比较基于权重控制的齿面重构方与基于CATIA的样条线重构以及基于Spline的插值法重构,研究表明：通过CATIA重构的齿面,其齿面误差呈现随机性,齿面误差均值为2.62μm,齿长方向的误差敏感度更大,导致接触仿真分析存在斑点歧义;通过Spline插值重构方法,其齿面局部区域出现“过拟合”现象,齿高方向的误差敏感度更大,齿面误差均值为1.94μm,导致局部区域接触斑点异常;而采用控制顶点权重自适应分配插值节点数进行曲面拟合这一方法,整体上齿面误差分布均匀,齿面误差均值为0.79μm,且瞬时接触斑点具有唯一性,为齿轮接触区域修正提供了可靠的保证。     

大重合度弧齿锥齿轮设计与分析

为改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计方法。预置沿齿长的接触路径和对称抛物线传动误差,以大轮作为假想插齿刀,共轭展成小轮辅助齿面;先计算沿接触路径的齿面修形量,再根据轻载的弹性变形量和接触椭圆长半轴,计算出沿接触线齿面网格点的修形量,将两者叠加到小轮辅助齿面上获得小轮目标齿面;借助遗传算法求解目标齿面所对应的小轮加工参数。通过算例表明,将接触路径设计为沿齿长方向能够获得大重合度,且重合度仅与齿宽有关,沿齿宽中线的接触路径能够获得更好的啮合性能,避免过早发生边缘接触;齿面印痕沿齿向分布,避免内对角接触,减小齿面相对滑动速度,且在安装误差作用下,齿面印痕沿着齿高方向移动。     

点啮合齿面三阶接触分析的进一步探讨——V/H 检验法的理论

本文分析了点啮合锥齿轮副的两已知齿面在作V/H 检验时,V 和H 的移动量与大轮齿面上的接触斑点中心沿齿长方向的移动距离s 之比,以及大、小轮齿面上的接触迹线方向,大轮相对于小轮的瞬时角加速度及大轮齿面上瞬时接触区的倾角和主轴长度相对于s 的变化率,并给出了全部用显式表达的计算公式.根据所得参数,可对Gleason 制曲线齿锥齿轮的接触特性对加工和安装误差及受载变形的敏感性作出定量的判断.     

弧齿锥齿轮数控展成运动轨迹规划方法

基于弧齿锥齿轮的数控加工原理,根据产形轮和工件齿轮之间的展成运动,建立了可用于确定数控加工相关参数的弧齿锥齿轮齿面的数控展成数学模型,并论述了切齿加工需要满足的接触条件,在此基础上提出弧齿锥齿轮数控加工的轨迹规划方法,进而将该方法应用于自主研制的弧齿锥齿轮数控铣齿机中.对所提出的展成模型和轨迹规划方法的应用实例研究表明,该轨迹规划方法切实可行、有效,可用于弧齿锥齿轮的数控切齿加工控制.     

等基圆锥齿轮的齿面曲率分析

以数控加工技术和等基圆曲线齿锥齿轮理论为基础,导出了考虑齿线修形时,仿形加工等基圆锥齿轮的指状铣刀中心轨迹方程;确定了考虑齿廓修形时指状铣刀的廓线方程;导出了铣刀回转曲面的主曲率、主方向和任意方向的法曲率;按共轭曲面理论,由刀具曲面的几何结构和刀具与轮坯的相对运动,确定了被加工齿面的法矢、主方向、主曲率和任意方向的法曲率·为齿面啮合分析、修形设计及强度计算奠定了基础·     

等基圆锥齿轮的齿面几何与修形分析

以数控加工理论为基础,阐述了等基圆锥齿轮的基本原理,提出了指状铣刀仿形加工等基圆曲线齿锥齿轮的齿线和齿廓修形方法;确定了加工等基圆锥齿轮的指状铣刀的设计原则和设计参数;导出了计入齿线和齿廓修形的齿面方程和齿根过渡曲面方程·等基圆锥齿轮的齿线是一条特殊曲线,其凹凸方向与传统曲线齿锥齿轮齿线的凹凸方向相反,必须采用数控方法加工;通过铣刀廓线修形可实现齿轮齿廓修形,沿理论齿线的法向移动刀具可实现齿线修形;通过齿线和齿廓组合修形实现齿面修形·为齿面曲率分析、啮合分析及强度计算奠定了基础·     

基于轮齿接触分析的数控研齿机运动模型

为了提高弧齿锥齿轮的研齿质量,获得对研齿运动的更好控制,本文根据齿轮啮合理论,采用轮齿接触分析(TCA)的方法对研齿时齿轮运动的V、H、J三轴进行了运动分析,建立了数控研齿机的运动模型,并通过实验进行了验证。该研齿模型与传统的研齿机相比,可以对V、H、J三轴的运动进行精确控制,从而能更好地控制啮合齿面的研齿质量。     

弧齿锥齿轮锥度切削原理与试验

基于微分几何梅尼埃定理,分析了弧齿锥齿轮锥度切削的原理,介绍了锥度切削的加工方法和实现条件。根据局部综合法建立了弧齿锥齿轮锥度切削的数学模型。利用M atlab和三维软件Pro/E,绘制出了小轮锥度切削的齿轮模型。在数控铣齿机上进行了锥度切削试验,并在锥齿轮滚动检查机上进行了接触印痕检查,验证了在数控铣齿机上实现锥度切削的可行性。     

Klingelnberg摆线锥齿轮接触分析与预报仿真

研究了克林根贝尔格摆线锥齿轮的接触分析和预报,基于克林根贝尔格摆线锥齿轮的齿面矢量方程,按照齿轮啮合原理,采用矢量分析的方法,建立了克林根贝尔格锥齿轮对滚模型,推导出了轮齿接触区预报公式,并进行了计算机仿真验证,能够模拟齿轮的接触区和运动误差曲线,实现接触区预报仿真,为加载接触分析与强度分析打下基础·     

螺旋锥齿轮HFT法加工的反调修正方法

针对高精度螺旋锥齿轮制造的机床调整参数反调修正计算问题,基于机床、刀具结构与螺旋锥齿轮刀倾法加工原理,建立刀倾法加工的螺旋锥齿轮理论齿面方程、误差齿面方程和齿面法向误差的数学模型,给出全齿面法向误差曲面表达式。研究机床调整参数与全齿面法向误差的变化规律,建立机床调整参数与齿面误差关联规律,给出全齿面敏感系数矩阵和理论齿面法向误差的计算公式,使用序列二次规划法求得机床调整参数修正量最优解,以一套HFT制造工艺参数验证了提出的齿面反调修正方法的正确有效性。