基于媒介齿条的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动啮合特性分析

为了分析渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动的宏微观啮合特性,依据微分几何和啮合原理,基于卡姆士定理和媒介齿条的传动性能分析方法,构建渐开线圆柱蜗杆与媒介齿条、媒介齿条与渐开线斜齿轮的啮合关系,分析共轭齿面在接触点微观邻域内的曲面特征,推导并建立传动副瞬时理论接触点、实际接触椭圆、最大接触应力及重合度等宏微观啮合特性分析模型,并对某汽车座椅水平调节器上的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副进行宏微观啮合特性分析。研究结果表明:渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副为瞬时理论点接触,齿面变形实际呈椭圆接触,接触轨迹分布于轮齿中部,接触椭圆的长半轴沿接触轨迹垂直方向,接触应力较大、重合度较小且与齿轮传动相近,适用于轻载场合。     

正弦齿条所生成的齿轮副的重合度

提出正弦齿条所生成的齿轮副的重合度定义及其计算式,并且讨论有关设计参数对于重合度的影响效果.正弦齿轮的重合度定义为齿轮副作用角(即一对轮齿从进入啮合到脱离啮合过程中齿轮所转过的角度)与齿轮的单个齿距转角的比值,正弦齿轮副的重合度随齿顶高系数和齿轮齿数的增大而增大,随设计压力角的增大而减小.在相同的设计参数下,正弦齿轮副的重合度要略小于渐开线齿轮副的重合度.     

直线共轭内啮合齿轮副的重合度研究

根据齿轮啮合原理,参照渐开线齿轮定义了直线齿廓外齿轮的基本参数,得出了齿形半角、压力角和最小齿数的关系,得到直线齿形齿轮的齿廓方程,在此基础上对啮合极限点进行了研究。为满足连续传动的要求,推导出直线共轭内啮合齿轮副啮合曲线,并分析了直线共轭内啮合齿轮传动的啮合特性。根据重合度计算理论推导出直线共轭内啮合齿轮副重合度的计算公式,保证在齿形参数设计时满足连续传动的要求。根据齿轮的基本参数和重合度的计算公式,研究外齿轮齿顶高系数、内齿圈齿顶高系数、压力角与重合度的关系。     

基于少齿数的非对称渐开线齿轮主动设计

为了提高齿轮的传动能力,研究少齿非对称渐开线直齿轮的设计方法.采用齿条刀具的切向变位,设计非对称双圆角齿条刀具,推导包括变位的非对称齿轮全齿廓直角坐标方程和无侧隙啮合条件.分析非对称渐开线少齿数齿轮的根切现象,求解不同齿数的齿轮根切点压力角.采用基于少齿数的非对称渐开线直齿轮主动设计方法计算不同齿数齿轮副啮合的参数以及所能达到的最大传动重合度.研究结果表明:采用主动设计方法,齿轮能达到最大的传动重合度;当小齿轮齿数为4时,大齿轮的最小齿数为7.     

面齿轮轮齿刚度的计算方法及其影响因素分析

面齿轮轮齿刚度是面齿轮传动啮合刚度的基本组成,其计算方法的解决可为面齿轮啮合刚度以及后续动力学分析奠定必要的理论基础。基于Buckingham的观点,将面齿轮齿形看作是由沿齿长方向一系列变压力角的齿条组成,得到沿轴向和径向都为变截面的面齿轮简化齿形,获得了面齿轮轮齿啮合变形的计算公式,求解出了面齿轮轮齿刚度;并通过与有限元法进行对比分析,验证了面齿轮轮齿刚度计算方法的可行性;分析了面齿轮模数、压力角以及齿宽对其轮齿刚度的影响。结果表明：面齿轮模数越大,其轮齿刚度沿齿根到齿顶的变化率越小;面齿轮压力角越大,其轮齿刚度越大,但沿齿根到齿顶的变化率基本不变;面齿轮齿宽越大,其轮齿刚度越大,且沿齿根到齿顶的变化率较之压力角的影响大。     

高重合度与低重合度齿轮系统动力学分岔特性对比分析

针对高重合度齿轮和低重合度齿轮,采用有限元方法计算其啮合刚度;建立含齿侧间隙和时变刚度的齿轮系统的扭转振动模型,对模型啮合线位移解的分岔特性和跳跃性进行研究。研究结果表明:当忽略误差,仅考虑齿侧间隙的影响时,高重合度齿轮系统啮合线位移的解,连续平稳,不存在跳跃现象,低重合度齿轮系统啮合线的位移解,多处发生了跳跃现象;齿频误差激励在高速区域(无量纲转速?为1.1~2.1区域)其对低重合度齿轮的动力学影响要大于对高重合度齿轮的影响;随着偏心误差的增加,啮合线位移增加,系统的周期稳定性逐渐降低,偏心误差对普通齿轮的影响比高重合度齿轮的影响要大;在误差作用下,高重合度齿轮的周期稳定性要高于普通齿轮的周期稳定性,运行更加平稳,采用高重合度齿轮可以降低齿轮的振动和噪声。     

齿宽系数对面齿轮齿根弯曲应力的影响

根据面齿轮传动的啮合原理,给出面齿轮齿根弯曲应力计算的三齿几何模型.采用正交试验法,确定面齿轮的计算参数.通过有限元分析,计算面齿轮齿根弯曲应力;将面齿轮当量成齿条,分析弯曲应力比值与齿宽系数的关系,获得面齿轮齿根弯曲应力的拟合计算公式.研究结果表明:面齿轮最大弯曲应力位于齿根部位;沿齿根最大弯曲应力的齿宽方向,其弯曲应力近似呈抛物线分布;面齿轮弯曲应力的比值与齿宽系数近似呈线性分布,平均相对误差为6.17%;齿根弯曲应力对面齿轮的齿宽系数和齿数较敏感,在使用本文给出的拟合计算公式,且当面齿轮齿数小于90且齿宽系数小于3时,计算结果可适当放大5%,以减小齿宽系数和齿面曲率对齿根弯曲应力的影响.     

点接触曲线构型内啮合齿轮传动接触特性分析

内啮合齿轮传动具有结构紧凑、体积小、承载能力高等特点,在行星齿轮传动机构中获得广泛应用。为进一步提高内啮合齿轮副传动性能,在齿轮共轭曲线理论的研究基础上,本文提出一种点接触曲线构型内啮合齿轮传动形式,建立点接触曲线构型内啮合齿轮传动基本数学模型,通过空间共轭曲线副实现较灵活的齿面设计,满足高性能使用需求。分析点接触曲线构型内啮合齿轮副接触特性,建立齿面运动分析模型,探讨连续旋转运动下齿面实际啮合特征;提出适用于该内啮合齿轮副的齿面重合度分析计算方法,推导依据空间共轭曲线副评判成型齿面滑动率的一般计算公式,讨论不同参数影响下齿面滑动率变化规律;概述点接触曲线构型内啮合齿轮副齿面法曲率计算原则,提出齿面干涉分析依据等。相关研究为后续构建高性能齿轮传动副奠定理论基础和技术支撑,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

锥形齿轮滚削齿面的构成理论及参数计算

根据齿轮啮合原理中多自由度齿面包络理论，对渐开线锥形齿轮在滚齿加工中，刀具与工件的相对运动及产形齿条的形成机理进行了深入分析，证明了产形齿条的存在，并求解了其齿面形状。通过对齿轮、滚刀和产形齿条三者之间空间几何关系的进一步分析，研究了锥形齿轮的齿面构成理论，求证了由产形齿条包络运动所形成的齿轮渐开螺旋齿面，并推导了齿条和齿轮几何参数的计算公式。研究结果不仅对锥形齿轮的滚齿加工具有重要的理论指导意义，而且对于具有类似运动的其他加工方法也同样适用。     

基于加工模型的大重合度齿轮时变啮合刚度计算

针对大重合度齿轮实际加工齿廓的过渡曲线、齿顶修缘、齿厚均与理想齿廓有所不同,对其啮合时变刚度计算方法进行了研究,建立了凸角修缘类型滚刀参数方程,依据齿轮啮合原理,推导剃(磨)齿前滚刀参数方程以及剃(磨)齿后齿轮齿廓的参数方程,结合现有计算大重合度齿轮时变啮合刚度的能量法,设计了改进势能法模型.根据齿廓参数方程编制了大重合度齿轮模拟软件,基于有限元软件计算出齿轮时变啮合刚度.将改进势能法模型与有限元法模型求解出来的结果进行对比,得出改进势能法模型的计算结果与有限元分析结果有较好的一致性,证明了所提出的改进势能法模型具有有效性.利用改进势能法模型研究了齿厚、过渡曲线、齿顶修缘对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值的影响.结果表明:齿厚对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值影响较大;过渡曲线部分主要的影响参数——凸角凸出部分径向高度、凸角径向高度、滚刀齿顶圆弧的半径对单齿啮合刚度最大值以及时变啮合刚度均值影响较小;齿顶修缘参数中的加工滚刀的修缘高和修缘角对单齿啮合刚度最大值的影响较小,但是对齿轮啮合刚度均值影响较大.     

减速器弧齿锥齿轮动态啮合疲劳强度研究

以某型直升机尾减速器的弧齿锥齿轮副为研究对象,基于其非线性有限元接触分析模型,在一个啮合周期内,对该齿轮副进行了连续动态啮合过程的仿真,研究了该型轮齿的动态啮合齿面接触和齿根弯曲疲劳性能.啮合过程仿真得到的齿面接触和齿根弯曲应力的变化规律符合轮齿实际动态啮合规律.疲劳过程仿真得到了疲劳寿命分布云图并判断出轮齿疲劳破坏主要发生在齿根受压侧的倒角区域,进而得到了经渗碳处理前后齿根疲劳破坏节点位置的疲劳寿命值.     

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.     

双圆弧齿廓弧齿锥齿轮的啮合重迭系数

本文通过分析双圆弧齿廓弧齿锥齿轮的产形面接触弧上点的啮合过程,推导了该齿轮副的啮合重迭系数的计算公式,还提出了双点啮合相对啮合度的概念及其计算公式,从而可以方便地求得这种齿轮同时啮合的齿数及接触点数。     

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·     

线接触端曲面齿轮齿面的接触算法

为了研究线接触端曲面齿轮副的齿面接触特性,建立了端曲面齿轮副的传动坐标系,推导出齿轮副的瞬时回转轴及瞬轴面.应用齿廓啮合基本定理,从几何学的角度提出了线接触端曲面齿轮副齿面接触算法,求解出齿轮副的齿面接触印痕与齿廓点.根据齿轮副齿面接触分析结果,确定了端曲面齿轮齿面的修形位置.通过齿轮副对滚实验,验证了线接触端曲面齿轮齿面接触算法的正确性.     

地铁列车减速器直齿轮弯曲疲劳有限元分析与试验

为研究地铁列车减速器小齿轮齿根部受力情况及弯曲疲劳裂纹萌生的机理,通过建立齿轮副有限元模型,对齿轮啮合过程进行瞬态动力学分析,得到了齿轮啮合过程中齿根处的应力-时间历程进而对齿根弯曲疲劳行为进行了试验研究。瞬态动力学分析表明,小齿轮齿根处在啮合过程中受到脉动循环载荷的作用,最大拉应力出现在齿轮啮合至分度圆时;且齿根处最大主应力的方向为沿齿根切线方向。齿根弯曲疲劳试验结果表明,裂纹在齿根弧线的中间位置萌生,方向为齿根切线的垂直方向。结合有限元分析结果可发现,齿根处裂纹在最大拉应力幅值位置萌生,其扩展行为受最大拉应力的主导。为进一步优化齿轮的设计、制造工艺及材料的选择提供了依据。     

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.     

自升式平台齿轮齿条损伤温度检测方法

基于ANSYS有限元软件建立某自升式平台升降系统齿轮齿条啮合三维有限元模型,分析齿轮齿条啮合过程中轮齿温度场分布。在此基础上,建立磨损、点蚀、裂纹损伤齿轮模型,对比分析损伤齿轮与完整齿轮啮合过程中温度场分布的差异。结果表明:利用高精度红外热像仪可以准确捕捉啮合过程中轮齿温度场分布;温度场检测是自升式平台升降系统齿轮齿条无损检测的一种新方法。     

基于正弦齿条的齿轮及其齿廓曲线

提出一种以正弦曲线为生成齿条的齿廓曲线生成的新型齿轮.与渐开线齿轮的生成齿条不同,正弦齿条的设计压力角与轮齿高度、厚度之间具有一定的关系.设计压力角增大,则轮齿高度减小、厚度增大.通过齿廓图形仿真发现,正弦齿条生成的齿轮发生根切的倾向明显小于渐开线齿轮.所生成齿轮的齿廓与双圆弧齿轮相似,因而接触强度和弯曲强度要高于渐开线齿轮.文中给出了正弦齿廓在椭圆传动中的应用,并附加相同设计参数的渐开线齿轮传动情形以作对照.