小轮双鼓修形的面齿轮接触分析及试验

针对正交面齿轮中大轮不修形且小轮和大轮产形轮无齿数差,提出了小轮双鼓修形的方法,推导了小轮的双鼓修形齿面方程,进行了接触分析。完成了大轮面齿轮插齿加工,小轮双鼓修形磨削以及面齿轮副配对滚检试验。小轮双鼓修形后齿轮副接触印痕位于轮齿中部,传动误差呈抛物线型,啮合噪声明显降低。证明了小轮双鼓修形的理论方法。     

采用NSGA-Ⅱ算法的面齿轮副小轮拓扑修形多目标优化

为合理确定面齿轮副小轮的修形参数,设计了均由2段抛物线与1段直线组成的直齿小轮齿廓和齿向修形曲线,将由三次B样条拟合得到的修形曲面与理论齿面相叠加来构造拓扑修形齿面。采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),结合面齿轮副的几何接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)技术,提出了以修形曲线参数为优化变量,使抛物线几何传动误差曲线两端对称、接触印痕限制在齿宽中部、承载传动误差波动幅值最小的小轮拓扑修形多目标优化设计方法,并编制了相应的Matlab程序。算例表明:优化修形参数后得到了对称的抛物线几何传动误差和位于大轮齿宽中部的接触印痕,并大幅度减小了承载传动误差波动,从而可有效降低安装误差敏感性和齿轮副的振动、噪声。     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法及齿轮摩擦理论最新进展,得到接触线离散点的滑动速度、啮合承载变形、载荷分布及局部摩擦系数,进而确定齿面瞬时啮合效率和Block闪温。以承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面闪温最小和平均啮合效率最大进行多目标优化,获得最佳修形齿面,并分析齿面滑动速度与综合曲率半径的变化及重合度对啮合性能的影响。算例表明:最优ease-off修形齿面在啮入、啮出端有足够的抛物线传动误差,可有效减小ALTE并降低安装误差的敏感性;在整个齿高方向有一定的齿廓修形且接触迹线角较小时,齿轮副则有较大重合度,且齿顶、齿根载荷向节线附近集中,而节线附近的滑动速度较小,导致接触线平均摩擦系数下降,因此,啮合效率增加,齿面闪温下降;齿面适配量过大时,接触线载荷增加,摩擦功耗增大,啮合效率减小。     

双重螺旋法圆弧刀廓加工齿轮副的齿面啮合特性分析

为了预控双重螺旋法加工齿轮副的啮合特性,研究基于圆弧刀廓的双重螺旋法加工齿轮副齿廓修形对齿面接触性能的影响。首先推导采用圆弧刀廓、双重螺旋法加工的齿面方程,基于Ease-off分析圆弧刀廓加工对齿面失配量的影响;采用有限元法进行加载接触分析,得到不同刀廓加工齿轮副的接触位置及形状、传动误差、接触压力,对比分析不同刀廓加工齿轮副啮合性能对安装误差的敏感性。研究结果表明:圆弧刀廓修形可改善接触区位置和形状,避免边沿接触,减小传动误差,提高传动平稳性;显著降低工作与非工作齿面最大接触应力,以及边沿接触对安装误差的敏感性,有利于提高齿轮副承载性能和磨损寿命。     

偏置面齿轮的碟形砂轮磨齿及啮合性能

采用碟形砂轮磨齿展成偏置面齿轮,通过碟形砂轮齿廓修形及控制砂轮中心运动实现偏置面齿轮齿面拓扑修形,建立了偏置面齿轮的磨齿和啮合坐标系,推导了拓扑修形偏置面齿轮齿面方程,建立了考虑安装误差的拓扑修形偏置面齿轮轮齿接触分析、承载接触分析模型,并编制了相应计算机程序,最后通过算例进行了分析.算例分析表明:碟形砂轮磨削偏置面齿轮是可行的;偏置面齿轮齿面几何不对称,偏置影响接触印痕、承载传动误差,但不影响几何传动误差;对偏置面齿轮拓扑修形,可有效改善偏置面齿轮副啮合性能.     

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis, TCA)。结果表明：设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。     

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.     

变位面齿轮副承载特性分析及变位系数优化

为改善面齿轮副啮合性能,采用变位插齿刀对面齿轮进行变位,建立了包含齿根过渡曲面在内的变位面齿轮全齿面理论三维几何模型,进行了承载接触分析(LTCA)和应力场分析,并以齿根弯曲应力、齿面接触应力为两个优化目标,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化了变位系数.结果表明:面齿轮副变位对承载传动误差、齿间载荷分配、齿面载荷分布有一定影响,但承载传动误差波动幅值对变位系数并不敏感;负变位可增加重合度,并减小大轮齿根弯曲应力峰值,但齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值增大;正变位可减小齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值,但大轮齿根弯曲应力峰值增大;优化后的变位系数既提高了齿面接触强度,又使大、小轮弯曲强度趋于接近,有利于提高面齿轮副的承载能力.     

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。     

汽车变速器传动齿轮对角修形量计算方法

针对汽车变速器齿轮传动中的振动及噪声问题,从齿轮几何学角度出发,提出了斜齿轮副对角修形量的计算方法.根据齿轮啮合原理,建立了斜齿轮副两啮合工作齿面满足任意瞬时连续相切接触条件的啮合方程,并将方程求解转化为两啮合齿面法向间距最小以及法向量偏差最小的优化问题,从而确定了对角修形量.同时,基于Masta仿真平台建立目标变速器的三维模型,并根据对角修形的参数对目标齿轮副的啮合性能进行仿真试验验证.仿真试验表明,变速箱主减速齿轮副对角修形后常用工况下的传动误差明显降低,齿面载荷分布更加合理.     

考虑齿向修形与安装误差的圆柱齿轮接触分析

提出一种齿向修形的等半径圆弧鼓形齿面新结构,根据齿向修形原理推导出等半径圆弧鼓形齿面方程,构建含安装误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮渐开线齿的接触分析(TCA)模型,给出TCA算法和算例.TCA计算结果表明:齿轮轴线的中心距误差对这种鼓形齿传动的接触轨迹影响很小,鼓形修形量、鼓形中心与齿宽中点的偏差及齿轮轴线的平行度误差都将对齿轮接触轨迹产生较大影响:通过调整修形参数和安装误差可以精确的预控接触轨迹的位置,这对高性能齿轮传动设计制造有较大参考价值.     

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。     

面齿轮传动新齿形与齿面修形研究现状与展望

面齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,在航空航天领域具有重要的应用,其新齿形与齿面修形研究已成为齿轮传动的研究热点。首先,从齿面展成、啮合理论、设计方法和啮合特性等方面对国内外在面齿轮传动传统齿形的相关研究成果进行了概述;其次,阐述了国内外在新齿形面齿轮传动的啮合理论与设计方法方面的研究现状;再次,详细归纳论述了面齿轮传动在面齿轮齿面修形与小轮齿面修形两个方面的重要研究进展;最后,总结展望了今后面齿轮传动在新齿形加工、修形齿面的啮合分析、修形齿面的承载能力分析、修形优化设计、软件开发等方面的研究方向。     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面数控修正

为了改善汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮设计与加工方法.预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向自由ease-off拓扑修形曲面,建立小轮拓扑修形齿面模型,可以准确获得任意自由ease-off修形齿面的解析表达式.结合齿面承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)方法,优化承载传动误差幅值(amplitude of loaded transmission error,ALTE)为最小,确定最优ease-off曲面参数,并推导其相对小轮理论齿面的目标修形量.基于刀具和计算机数控(CNC)机床各运动轴参数误差敏感性的齿面修正模型,分析各参数扰动对齿面误差的影响,进而确定合理的参数边界,以目标修形量误差平方和最小为目标函数,通过最小二乘法确定最优ease-off拓扑修形齿面的加工参数.结果表明:CNC机床各轴主要引起齿厚和对角修正,增加刀刃修正可以实现ease-off拓扑修形齿面的高精度修正,为高性能齿面自由ease-off修形设计与加工提供理论参考.     

平行轴变齿厚斜齿轮传动接触分析

以平行轴变齿厚斜齿轮传动为研究对象,根据齿轮啮合原理及小、大齿轮的齿面方程,分别建立其标准安装以及存在中心距安装误差、轴线安装误差和综合安装误差时轮齿接触的数学模型,通过Matlab编程进行求解,得到不同安装情况下轮齿的接触轨迹及传动误差并进行了对比分析。结果表明,该齿轮传动对轴线安装误差较敏感,形成了边缘接触并且引起周期性的传动误差 为该齿轮传动的设计与分析奠定了基础。     

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.     

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．     

突端刀具的切齿研究及小轮齿根应力分析

为了提高大传动比锥齿轮的弯曲强度,避免小轮的轮齿根部与大轮的轮齿顶部发生干涉,切齿大传动比准双曲面齿轮小轮时,常采用突端刀具切齿。本文讨论突端刀具切制大传动比准双曲面齿轮小轮,得到小轮的轮齿模型,并借助于LTCA及有限元法,研究了突端刀具加工出的准双曲面齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力。     

齿轮轴3D综合弹性变形和齿向修形曲线的研究

本文根据典型实例进行计算分析,整理出大量数据和曲线,掌握了齿轮轴的整体变形状态并对弯、扭弹性变形作出定量分析,得出齿轮轴的“三维综合弹性变形曲线”,进而提出了“三维齿向理论修整曲线”。文中还分别给出了齿轮轴的弯曲变形量、扭转变形量、轴向压缩变形量、齿的弯曲变形量和轮齿啮合接触区局部弹性变形量等五种弹性变形量的对比数据。并在此基础上提出了“目标修形”(OM)的观点,为轮齿的合理修整提供了新的设想和依据.