摆线等距线齿轮的研制

摆线等距线齿轮是近年来研制的一种新型齿轮传动。它是利用互为全包络曲线的摆线等距线作为共轭曲线的一种齿轮机构,其特点为:①双摆线啮合;②在节点附近近似面接触;③齿廓间形成包油腔。应用摆线等距线齿轮组成的内啮合一齿差行星减速器与摆线针轮减速器相比,具有效率高、承载能力大和结构简单等优点。本文通过理论阐述和试验结果,证实了摆线等距线齿轮的优点。     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

考虑动载荷与动态磨损系数的直齿轮传动系统动态磨损特性

为揭示齿轮传动系统齿面动态磨损特性,通过Weber–Banaschek公式计算获取啮合齿轮对的时变啮合刚度,基于此建立包含非线性齿侧间隙和内部误差激励的齿轮传动系统运动学方程,计算获得系统轮齿啮合时载荷沿啮合线的动态变化规律。根据齿面粗糙度和当前啮合点最小油膜厚度,建立齿面动态磨损系数的表达式。以轮齿的起始啮合点和最终啮合为区间,将渐开线齿廓进行离散化处理,建立离散化的齿面动态磨损模型并对其进行特定参数下的仿真计算。研究结果表明:由于动载荷、动态磨损系数和滑移速度等参数的影响,主从动齿轮齿面累积磨损量沿渐开线齿廓呈现非均匀分布,节点处最小,齿顶处最大;小齿轮的齿面磨损程度比大齿轮更严重;当传动比和模数变化时,齿面累积磨损量均存在变化趋势明显的敏感区域。     

基于有限元法的复合摆线行星齿轮副应力分析

针对设计规范中未考虑齿廓参数对复合摆线行星齿轮副应力影响的问题,采用四阶复合摆线作为内齿廓,基于Lewis定理求解出共轭齿廓,对摆线齿廓进行了修形,最后建立实体模型进行有限元分析,分析各齿廓参数对摆线齿轮副应力的影响规律。结果表明:复合摆线行星齿轮传动为多齿啮合传动,在啮合接触的位置呈典型的赫兹接触的应力分布特征,在齿根处有轻微的应力集中区域,齿轮副的承载能力主要受限于齿面接触疲劳强度;在可能的情况下,应选取较大的模数、较大的齿高调节系数和较小的齿形调节系数,以提高齿轮副的承载能力。     

多因素综合作用的摆线针轮传动误差分析

摆线齿轮的齿廓修形以及制造误差是影响摆线针轮传动精度的关键因素,为了分析多因素综合作用下摆线针轮传动的误差,基于齿轮啮合原理和坐标变换,通过构建考虑齿廓修形、加工误差和装配误差等综合因素的摆线齿轮齿廓方程,得到多因素综合作用下的摆线针轮啮合副误差分析模型。该模型可实现齿廓修形、加工和装配误差等因素综合作用下摆线针轮传动误差的分析计算,分析各误差因素以及多因素作用对传动误差产生的影响。结果表明：摆线轮齿距累积误差对传动误差的影响最大;摆线轮廓度误差和装配误差的影响次之;针齿半径误差和针齿位置半径误差的影响最小。     

考虑裂纹与磨损故障的齿轮传动系统动态特性分析

针对齿轮系统中同时出现裂纹与磨损故障时实现复合故障诊断较为困难的问题，提出了考虑齿廓磨损和齿根裂纹故障的齿轮传动系统动态特性分析模型。首先，基于Archard公式，建立齿轮传动系统磨损数值仿真模型，求解不同磨损周期下的齿廓磨损量；然后，通过势能法建立裂纹及磨损作用下的单齿啮合刚度计算模型，在双齿接触区考虑啮合齿对磨损量间的关系，结合变形协调，建立双齿啮合刚度计算模型；最后，采用集中质量法建立齿轮系统4自由度动力学模型，以含故障的时变啮合刚度为输入，使用Newmark-β法对动态响应进行求解，获得不同程度裂纹与磨损作用下的齿轮动态特性。实验结果表明：该模型能够较好反应复合故障中磨损与裂纹特征；与未考虑磨损后双齿区实际变形的裂纹与磨损复合故障模型相比，该复合故障模型双齿区刚度计算准确性提高了约22%,所提模型可为含磨损与裂纹的齿轮传动系统故障诊断提供有效的动力学补充。     

非圆摆线针轮传动的原理与设计

提出一种用于平行轴间变传动比传动的新型齿轮副——非圆摆线针轮传动.建立非圆摆线针轮传动的啮合坐标系,阐述了非圆摆线针轮共轭齿廓的形成原理.建立非圆针轮齿廓方程,利用坐标变换和齿廓共轭原理,根据圆柱针轮刀具的齿廓方程,结合非圆齿轮加工走刀轨迹及啮合方程,推导出非圆摆线轮的齿廓方程.基于上述理论,运用Matlab软件的数值计算实现了非圆摆线针轮副的参数化设计,得到非圆摆线针轮副的设计实例,并实现SolidWorks环境下的实体建模.运用Adams软件分析该齿轮副实例的运动特性,通过仿真实验结果与理论计算结果的对比,验证了该齿轮传动原理与设计的正确性.     

双压力角非对称齿轮齿廓滑动系数的分析

双压力角非对称齿轮具有承载能力大、振动小、噪声低、寿命长等优点。齿廓滑动系数是齿面磨损的重要评价指标之一,其大小反映了齿面的磨损程度。文中根据齿廓滑动系数的定义,结合双压力角非对称齿轮啮合传动特点,推导出齿廓滑动系数的数值计算公式,并从压力角、模数等方面对单(双)模数双压力角非对称齿轮齿廓滑动系数进行分析。仿真结果表明,为了降低齿廓滑动系数,减轻齿面磨损,提高啮合效率,可采取提高工作侧压力角、增大齿轮模数及齿数比等措施。     

新型变曲率椭圆内齿型少齿差行星齿轮副的啮合特性与传动性能

根据摆线针轮少齿差行星传动原理,把圆形针齿齿廓看作两焦点重合的特殊定曲率椭圆曲线,在此基础上提出了一种新型高性能变曲率椭圆内齿型少齿差行星齿轮副:引入轴长系数λ分析了变曲率椭圆齿廓曲线的几何原理;基于微分几何和齿轮啮合原理,建立了新型变曲率椭圆内齿齿廓方程,并推导了与其共轭的少齿差行星齿廓方程;分析了该新型齿轮副的啮合线、根切条件、啮合界限、压力角、诱导法曲率和滑动率等啮合特性。研究表明:新型齿轮副具有多齿啮合特性;根切界限方程和啮合界限模型分别为共轭齿廓的根切判定、椭圆内齿的齿根优化提供了有效的理论设计方法;相对于摆线行星传动,当齿高确定时,减小轴长系数λ可降低齿轮副压力角、诱导法曲率以及滑动率敏感区间的滑动率幅值和平均值。应用该新型齿轮副对发动机可变气门正时系统的减速装置进行了机构设计与传动性能仿真分析,结果表明:相对于同类型的摆线行星传动,新型齿轮副在传动效率与传动精度方面具有优势。最后加工出了减速装置的物理样机,并测试了样机的回差。测得的回差能很好地满足设计要求,表明回差仿真模型与仿真结果具有合理性。     

基于动态啮合力的齿轮磨损量计算方法

针对直齿轮磨损问题,考虑到齿轮动态特性对磨损的影响,联合Archard公式和齿轮动力学方程建立了基于动态啮合力的齿轮磨损定量计算模型。基于动力学方程求出动态啮合力,将动态啮合力及滑动系数代入Archard公式计算磨损量;将磨损量视为齿形误差重构齿廓,并重新计算动态啮合力及滑动系数;反复迭代则可得到动态啮合力和磨损量的变化规律。进行齿轮磨损试验,采用光谱仪分析油液中Fe元素浓度变化,得到齿轮磨损量的变化规律及磨损系数K,通过仿真结果与试验结果的对比验证了模型的准确性。最后对齿轮的磨损状态进行仿真预测,结果表明,当主动轮运转5.578×107次后,总磨损量达到2.085 g,动态啮合力峰值超过理论值的4倍,有过载风险;以此作为阈值则可得到齿轮的磨损寿命。仿真模型对于齿轮的磨损寿命预测和抗磨损设计具有重要的工程意义。     

混合润滑状态下滤波减速器的啮合冲击分析与修形方法

针对滤波减速器的啮合冲击问题,综合考虑转速、负载和真实齿面粗糙度等因素的影响,建立了反映减速器实际工况的混合润滑数学模型,给出了混合润滑状态下摩擦因数的计算方法,并对不同转速下齿轮啮入点的润滑状态进行了数值计算。在此基础上,提出了针对减速器实际工况的齿廓修形方法,建立了减速器有限元模型,并分析了齿面摩擦、齿廓修形及润滑状态对减速器啮合冲击的影响。结果表明:在混合润滑状态下,齿面摩擦因数随转速增大而减小;相比无摩擦接触,齿面有摩擦接触可明显降低齿轮的啮合冲击,改善齿轮的接触状态,因此在滤波减速器的啮合冲击研究中,齿面摩擦因素不可或缺。有限元分析结果显示:输出齿轮修形量为46μm、双联齿轮修形量为30μm是改善减速器动力学性能的最佳修形量,而过小或过大的修形量都不能有效降低齿轮的啮合冲击;齿面润滑状态对减速器修形后的啮合冲击有较大影响,与转速相比,齿面摩擦的影响不明显,较高的转速可导致滤波减速器产生较大的啮合冲击。     

长幅摆线针齿行星传动的运动分析

本文依据长幅摆线针齿行星传动的工作原理,分析了针轮针齿与摆线轮轮齿啮合的运动关系,推导出了轮齿间相对运动速度以及齿廓滑动系数的计算式;并作了数值计算和分析。     

新型复合摆线外啮合圆柱齿轮副的传动特性分析

基于传统摆线成形原理,提出了摆线成形的二连杆等效机构转化方法,得到了n+1连杆机构生成广义n阶摆线轨迹的运动规律,推导并建立了可用于齿轮传动的新型四阶复合摆线齿廓方程;基于微分几何及共轭啮合理论,推导了复合摆线齿廓的共轭齿廓方程,分析了该新型齿轮副的压力角、曲率、重合度、滑动率等啮合特性;进行了齿轮副三维实体模型的精确构建,并利用有限元法分析了该齿轮副的强度特性。研究表明:当齿高确定时,分度圆压力角由齿形调控系数f1控制;齿廓曲线是由凹凸弧组成的光滑曲线,且传动过程始终为凹凸齿面线接触啮合传动,理论上具有较高的接触疲劳强度;相对于渐开线齿轮,复合摆线齿轮副具有较高的重合度、极小的滑动率以及较高的弯曲强度和接触强度。最后,加工了齿轮副试验样件,并在FZG齿轮试验机上测试了不同工况下的传动效率,结果表明:复合摆线齿轮副的传动效率随加载扭矩在97.30%~99.00%范围内呈正相关变化,且高于同工况下的渐开线齿轮副,具有工程应用价值。     

考虑齿形误差影响的摆线针轮承载特性分析

针对缺乏考虑齿形误差的承载分析软件,导致分析结果不符合实际工程状况的问题,提出了1种包含摆线轮齿形误差的摆线针轮副承载特性分析方法。利用三次非均匀B样条准确描述出包含齿形误差的摆线轮实际齿廓,构建并分析了摆线针轮误差齿廓接触分析模型(error tooth contact analysis, E-TCA),得到了初始啮合位置参数及啮合间隙。在此基础上,建立了齿形误差影响下的摆线针轮副负载接触分析模型,确定了零部件多体接触之间的力矩平衡和变形协调关系,利用能量最低原理获取了真实承载特性。通过有限元模型验证了RV-40E型号减速器的摆线针轮承载特性。结果表明：由于齿形误差的影响,啮合齿数减少了1对,啮合应力和传动误差增大了5.3%和5.7%。     

长齿廓齿顶修形对减速箱振动噪声影响研究

针对高速工况下电动汽车减速箱振动噪声过大问题,考虑长齿廓齿顶修形,并探究修形时长齿廓齿顶线性、圆弧、渐开线和折线圆弧曲线对减速箱整体性能的影响规律。基于扭转振动原理,建立斜齿轮非线性动力学模型,分析了4种典型曲线对齿面载荷、齿轮副时变啮合刚度、时变啮合力和减速箱声功率级敏感性的变化规律。结果表明：齿面载荷、时变啮合刚度和时变啮合力受修形曲线影响较大,各修形曲线均能降低箱体声功率级,其中,圆弧、渐开线修形对齿轮副时变啮合刚度和时变啮合力的波动有抑制作用,满足全频域降噪要求。折线圆弧修形后齿面载荷、特征频率处声功率级和平均声功率级降幅最大,满足减速箱高速工况下的减振降噪需求。     

复合摆线少齿差行星传动的啮合性能分析

采用几何特性可调性强的复合摆线作为内齿廓,根据微分几何和齿轮啮合原理,按照少齿差运动规律,建立啮合方程以及共轭齿廓方程,并推导了齿轮副的啮合线、重合度、啮合界限、根切条件.分析了齿轮副诱导法曲率、压力角以及齿形调节系数对齿轮压力角的影响,设计并建立了齿轮副三维实体模型,进行了动力学仿真,模拟一定工况下齿轮副运动关系及传递效率.结果表明,复合摆线少齿差行星传动具有多齿啮合、传动压力角小、齿轮副诱导法曲率小、传动效率高等优良的啮合性能.     

齿轮啮合摩擦疲劳磨损的计算模型

闭式齿轮传动中的齿面疲劳磨损机制类似于剥层磨损机制,由此建立了齿面啮合摩擦疲劳磨损计算的数学模型.磨损层厚度的表达式中,涉及磨损率、每啮合一次轮齿的滑动距离、工作转速、工作时间、相啮合齿轮副数以及齿面改性系数、润滑系数、载荷系数等参数.给出了计算模型中各参数的确定方法,讨论了计算模型的适用场合.通过反映齿面磨损物理过程规律的数学模型,寻找不同工况下减小齿面啮合疲劳磨损的途径;该模型具有工程实际意义,为齿轮啮合磨损过程的计算机仿真提供了依据.     

渐开线圆柱齿轮啮合过程中磨损的计算机仿真

利用边界元的基本思想，渐开线直齿圆柱齿轮可以简化到端面进行分析，从而将空间啮合问题转化为平面啮合问题。将边界曲线离散成许多单元和结点，对这些离散点进行啮合和磨损分析，提出了用参数三次样条曲线来模拟磨损后的齿面，实现了对任意啮合点磨损量的计算。编制了一系列的软件，实现了用计算机对齿轮啮合过程中的载荷、应力及磨损进行动态模拟，得出的结果符合通常的磨损规律。     

双曲柄环板式针摆行星传动的齿形优化及运动仿真

基于VisualC++6.0,编制程序对摆线齿轮的齿形进行优化设计,改善了摆线齿轮的啮合状态,并计算出摆线齿轮和环板的多齿啮合情况、齿面接触状态等;可以初步判断减速器基本尺寸的合理性,提高了设计效率,实现了传统的机械设计不能完成的设计计算,减少了样机制造成本,同时本系统利用OpenGL丰富的图形API接口,模拟了传动的动态运动情况,直观动态地观察行星传动的啮合情况及运动情况·     

不同载荷条件下椭圆柱齿轮动态接触特性分析

为研究载荷对椭圆柱齿轮动态接触特性的影响,利用LS-PROPOST软件模拟了轮齿的动态啮合过程,结果表明:在轮齿啮合过程中,齿线方向和齿廓方向的等效塑性应变、等效应力和表面压力随轮齿在节曲线上位置的不同而发生变化;在交变载荷条件下,轮齿的等效塑性应变、等效应力、表面压力、轮齿啮合力和力矩均在一定范围内有所增加;在交变载荷和普通载荷两种条件下,轮齿都具有较好的接触性能.