齿轮齿面接触分析TCA技术及发展动态

通过对齿轮齿面接触分析TCA技术(利用电子计算机进行齿面接触区域的分析和修正)的研究,介绍了齿面接触分析TCA技术的基本原理、发展现状以及发展动态,阐明了TCA技术在现代工业生产中重要意义.     

对称弧形齿线圆柱齿轮的真实齿面接触分析研究

针对传统的齿面接触分析(TCA)方法在分析宽度较大的重载齿轮时误差较大的缺点,提出了一种基于全齿面整个啮合过程的真实齿面接触分析新方法.通过建立检验真实齿面的干涉判据,利用一系列连续变化的柱面去截取啮合齿面,得到一族瞬时接触线,从而可对整个啮合过程的齿面接触情况进行分析.用此法对弧形齿线圆柱齿轮进行了实例分析,分析结果表明此方法是正确可行的.与传统的TCA方法相比,该方法不仅能更确切地反映真实齿面的实际接触斑点,还能直观地判断是否发生齿面干涉.     

摆线齿准双曲面齿轮实际齿面接触分析

为评估已加工的摆线齿准双曲面齿轮的啮合质量,基于实测齿面坐标点数据,用非均匀有理B样条(NURBS)曲面拟合离散点得到高度逼近真实齿面的数字化齿面,并依据空间啮合理论进行了数字化齿面的轮齿接触分析(TCA).与传统的滚检试验相比,该方法在获得实际齿面接触印痕的同时还可以获得传动误差曲线,比较全面地反映了实际齿面的啮合信息.最后通过比较某高速车桥齿轮副数字化齿面TCA与滚检试验结果,验证了文中方法的可行性.     

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.     

直刃刀具加工的面齿轮承载接触特性

直刃刀具加工的面齿轮近似齿面不同于传统插齿法定义的理论齿面,为揭示其承载接触特性,基于齿面接触分析(tooth contact analysis, TCA)完成承载接触分析(load tooth contact analysis, LTCA)。计入安装误差及边缘接触的影响,以TCA啮合转角为依据,将齿面坐标变换到TCA固定坐标系中,编写有限元节点坐标、单元编号和设置前处理条件以生成LTCA有限元inp文件,批处理导入ABAQUS求解承载接触问题。定量分析预设接触路径、安装误差对齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载传动误差等承载接触特性的影响,对比分析近似齿面与理论齿面承载接触特性的差异。结果表明:面齿轮近似齿面接触强度有所降低,按齿面对角线预设接触路径,可使近似齿面齿根弯曲强度高于理论齿面的弯曲强度。     

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。     

基于刀具齿廓修形的弧齿锥齿轮齿面设计

为避免表面研磨弧齿锥齿轮在重载情况下发生边缘接触,改善齿面应力分布,用弧线刃刀具替换展成齿轮齿面的直线刃刀具.首先,基于刀具的几何结构建立新型刀具的数学模型,并建立了切削刃锥面;然后,基于非齐次坐标变换建立弧齿锥齿轮在数控机床上的加工方法并获得理想齿面;最后,以face-milled弧齿锥齿轮工作面为例,对基于直线刃刀具和新型弧线刃刀具加工所得的齿轮副进行几何齿接触分析(TCA)和有限元分析(FEA).研究结果表明,提出的刀具齿廓修形方法能够明显改善face-milled弧齿锥齿轮的啮合性能.     

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。     

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。     

基于人字齿轮啮合特性的滑动摩擦功率损失

以空间多重共轭啮合理论为基础,利用人字齿轮副轮齿接触特性与承载接触特性,提出一种计算人字齿轮滑动摩擦功率损失的方法。首先,利用人字齿轮副轮齿接触分析(TCA),获得人字齿轮齿面接触路径和印痕。然后,利用人字齿轮副承载接触分析(LTCA),计算得到啮合齿面瞬时椭圆长轴(接触点)上离散点的法向载荷和瞬时接触点的传动误差,把所得到的离散点载荷和传动误差分别转换成齿面瞬时接触点的法向载荷和相对滑动速度,二者与摩擦因数相乘得到人字齿轮瞬时接触点的滑动摩擦功率损失。最后,对人字齿轮齿面所有瞬时接触点的滑动摩擦功率损失进行拟合并积分,最终获得1对人字齿轮轮齿从啮入到啮出的滑动摩擦功损。     

斜齿轮滑动摩擦功率损失的计算

应用齿轮啮合理论,提出了斜齿轮啮合滑动摩擦功损的计算方法.首先,利用轮齿接触分析得到齿轮副的啮合路径和接触印痕:然后,利用承载接触分析求得齿面接触点法向载荷和承载传动误差,通过求解一个周期内所有啮合位置,可以得到一对轮齿从进入啮合到退出啮合所有接触点的法向载荷和承载传动误差,极大减少了计算工作量;最后,将承载传动误差转换成齿面接触点的相对滑动速度并与该接触点处的摩擦力相乘得到该点的滑动摩擦功损,将所有接触点的滑动摩擦功损一起带入功率近似计算公式从而得到斜齿轮啮合的滑动摩擦功率损失.     

螺旋锥齿轮轮齿接触离散化模型自动生成算法

采用矢量法提出了一种轮齿接触离散化模型自动生成算法。该算法用ＴＣＡ描述齿面坐标，能自动适应齿轮副任何瞬时转角位置：并在形成整体坐标时考虑了安装条件的变化；还提出了一种求解局部共轭齿面间相对间隙的方法；最后用 ＣＡＤ直观地显示出轮齿接触离散化模型。     

螺旋锥齿轮四轴联动数控两刀法加工

国内普遍采用五刀法加工Gleason制的螺旋锥齿轮副,需要5道工序才能完成大轮和小轮的粗精切,机床生产效率低、调整时间长．为此,针对国产四轴联动数控铣齿机提出了两刀法加工原理,使用双面刀盘并利用刀盘中心的轨迹运动完成对小轮凸面的精加工．通过改变刀位的方法实现设计要求的齿长曲率,以达到较好的接触情况,并建立了螺旋锥齿轮两刀法数字化加工模型．最后分别利用齿面接触分析（TCA）和实验,与格里森单面刀盘五刀法加工进行对比,结果表明：两刀法减少了加工工序,加工时间可节约40％;虽然改变了小轮内刀直径,但可以灵活方便地通过轨迹运动实现齿长曲率,得到较好的接触情况．实验得到的齿面接触区与TCA分析结果基本相同．     

二次包络环面蜗杆传动齿面修形的效果

提出了对二次包络环面蜗杆传动修形的方法，以降低蜗轮副对制造误差的敏感性。用齿面接触分析法求解了存在制造误差对修形传动的齿面接触状态和运动精度，结果表明：修形蜗轮副可以避免或有效缓解制造误差造成的齿面边缘接触，明显降低蜗轮副的运动误差。     

人字齿轮修形设计与轮齿接触分析

首先,通过改变刀具切削刃的形状,以三段抛物线代替齿条的直线齿廓,推导出了刀具齿面方程.提出小轮齿廓修形量的计算方法,为实际加工提供了依据.其次,针对人字齿轮的啮合特点,建立了人字齿轮啮合的坐标关系,基于斜齿轮轮齿接触分析,提出了人字齿轮轮齿接触分析的方法.最后,以一对试验人字齿轮为例,通过对小轮齿廓修形量和齿面印痕的比较,验证了该方法的正确性.     

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。