微齿轮齿面磨损行为及仿真分析

微型齿轮作为微机电系统(MEMS)的关键零部件,齿面磨损是影响其服役性能及失效形式的主要因素之一。为了研究微齿轮齿面磨损机理,基于Archard磨损理论,利用ABAQUS二次开发UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,建立了微齿轮齿面磨损有限元分析模型,得到了不同啮合周期下的齿面磨损分布规律,并进行了试验验证。基于构建的有限元模型,考虑主、从齿面磨损的相互作用,分析了不同材料性能(弹性模量)及材料配对方式对齿面磨损分布及大小的影响。研究结果表明,微齿轮齿面磨损最严重的地方发生在靠近齿根的基圆附近,齿顶附近磨损较轻;与材料性能相比,不同材料配对对微齿轮磨损大小影响更显著。     

渐开线齿轮的滚齿加工仿真及后处理研究

研究了滚齿加工的工作原理,分析了仿真加工的可行性。使用VB编程,实现了CATIA软件的二次开发,通过布尔差运算,完成了滚齿加工切削过程的仿真。研究了不同类型齿轮的加工实现方法,仿真加工了直齿轮和斜齿轮,以及正变位和负变位齿轮。对仿真加工得到的齿轮进行了齿面误差测量,测量结果表明仿真结果与理论齿形相比,误差控制在1μm以内。通过齿面重构,使得齿面缺陷得以修正,便于网格划分和接触分析,为后续有限元分析相关力学性能提供了高精度模型。     

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.     

面齿轮磨削仿真及齿面误差分析

为了研究经蜗杆砂轮磨削后的面齿轮齿面误差对其啮合性能的影响,运用CATIA二次开发设计面齿轮插齿及磨齿的仿真流程,并对面齿轮插齿及齿面磨削进行加工仿真,得到经插齿和磨齿的面齿轮齿面,并对磨齿后面齿轮齿面接触和误差进行仿真。同时,加工出一定参数的面齿轮,对其啮合性能进行实验测试。通过传动误差分析,发现经蜗杆砂轮磨削的面齿轮比经插齿得到的面齿轮啮合性能要优越,因此,磨削后的齿面误差对其啮合性能影响可以忽略。     

基于数字化共轭曲面理论的数字齿面共轭求解

基于数字化共轭曲面理论和方法,根据啮合传动的规律,应用自行研制开发的共轭曲面求解软件Conjugater1．0．对直齿面和鼓形齿面的数字化共轭曲面求解分别进行了研究．可为各种齿轮的数字化啮合分析、模拟仿真以及数字加工技术提供理论和技术分析参考．     

斜齿轮精确接触分析有限元建模方法

针对影响齿轮有限元接触分析应力计算精度的关键因素：有限元模型网格质量、接触带网格密度和齿面节点几何精度,提出一种高效的斜齿轮三维有限元精确齿面控制建模方法.优化算法求解接触线方程,规划斜齿轮节点模型潜在接触带节点分布,局部细化接触带单元,映射轮齿表层节点到设计齿面上,实现齿面精确几何建模.数值实验表明整体采用六面体单元映射网格划分结合接触带局部单元细化建模方法,能够有效地解决斜齿轮有限元接触分析计算精度与计算效率之间的矛盾.     

正交变传动比面齿轮齿面法向偏差测量及分析

针对三轴数控精铣加工得到的正交变传动比面齿轮零件,提出了一种基于齿轮测量中心的正交变传动比面齿轮齿面法向偏差测量及分析方法.通过对理论齿面进行网格划分并在齿轮测量中心上完成对该齿轮零件的齿面测量,将测量获得的实际坐标数据与计算得出的理论坐标数据进行对比分析,从而得到了其实际齿面法向偏差,同时分析了该偏差的基本变化规律,最终实验结果验证了所建立的正交变传动比面齿轮齿面法向偏差测量及分析方法的可行性.     

双压力角非对称齿形直齿面齿轮副有限元应力分析

根据齿轮啮合原理,推导了双压力角非对称齿形面齿轮的齿面方程.在有限元软件ANSYS中建立了面齿轮副轮齿接触有限元分析模型.通过有限元接触压力计算结果与基于点接触Hertz理论接触压力计算结果的对比分析,确定了有限元模型的网格密度.由若干组算例的计算结果表明,适当增大工作侧齿面压力角可以明显降低面齿轮副接触压力和齿根弯曲应力,因此,非对称齿形设计可以获得更高的轮齿强度.     

面齿轮插齿加工中过程包络面和理论齿廓的干涉

实现面齿轮加工是面齿轮传动研究的基础,利用齿轮插齿加工方法,对正交非偏置面齿轮插齿加工中过程包络面和理论齿廓的干涉进行研究,目的是为了验证这种加工方法的可行性.根据插齿加工的原理,建立了面齿轮插齿加工坐标系,给出了插刀理论齿廓方程,推导了面齿轮插齿加工理论齿廓方程和加工中过程包络面方程;分析了过程包络面和面齿轮插齿加工理论齿廓的位置关系,仿真计算结果表明面齿轮插齿加工不会引起过程包络面和插齿理论齿廓的干涉;最终,通过面齿轮插齿加工试验论证了上述结果的正确性.     

直齿行星传动齿轮修形优化设计方法

针对多个行星轮均布的大功率直齿行星传动系统,提出了优化齿轮修形参数的设计方法.取其中一路子系统建模,应用位移约束方程建立局部太阳轮边界位移协调关系,简化了有限元分析模型.为提高齿轮有限元模型的齿廓几何逼近精度,降低齿轮有限元规模,提高非线性接触分析的求解精度和效率,建立了齿轮接触区细化单元节点位移耦合模型.提出直齿轮修形齿面快速精确有限元建模方法,采用修形函数控制渐开线发生线长度修改齿面上的节点坐标,实现修形齿面快速精确重构,以齿面应力分布均匀为主要目标,迭代求解修形齿轮应力分布优化了齿轮修形参数.     

圆弧等高齿弧齿锥齿轮的设计与性能分析

为了改善齿轮副的对角接触现象,将常规弧齿锥齿轮的渐缩齿改为等高齿齿形,采用0号刀齿铣齿,从理论上避免对角接触。基于齿轮的局部啮合原理、齿面接触分析(TCA)技术和承载齿面接触分析(LTCA)技术,对相同条件下等高齿设计与常规齿轮设计的实际接触区、载荷及应力应变进行了分析。分析与加工试验结果表明:理论与实际接触区位置基本相同,所受力的大小以及应力分布也基本相同。与传统的齿轮设计相比,等高齿弧齿锥齿轮设计保证了齿轮强度、齿轮啮合质量,使其接触区规范且易于调整,有利于提高加工效率。     

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.     

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.     

球面渐开线齿面的形成理论及其NURBS精确拟合方法

区别于螺旋锥齿轮研究领域一直占据主导地位的局部共轭原理及其所设计和加工出来的近似球面渐开线齿形,基于近些年相关球面渐开线的研究成果的探讨,改进球面渐开线齿面形成理论,并对关键的产形线方程做推导。另外,利用球面渐开线齿面形成理论快速精确地求解边界曲线和齿廓曲线族,并结合三次NURBS曲线曲面造型技术的在CAD/CAM中的优势完成球面渐开线齿面的精确拟合。最后,在利用蒙皮法构造的NURBS齿面基础上提出相关优化方案,完成齿面数据的参数化和曲面的精确拟合,以进一步提高齿面精度,并为齿面接触分析提供齿面数据和基础模型。     

基于精确有限元模型的弧齿锥齿轮承载振动特性分析

根据弧齿锥齿轮齿面加工参数,计算齿面节点坐标,建立精确的轮齿有限元模型。通过轮齿接触分析,计算齿轮副精确的啮合位置,从而建立高精度的弧齿锥齿轮装配有限元模型。通过承载分析,计算齿轮的接触应力和齿面载荷分布瀑布图,求得不同工况下的承载传动误差曲线。研究结果表明:随着负载从10 N·m增加到30 N·m和50 N·m,承载传动误差曲线幅值逐渐增加。幅值波动分别为18.64μrad、11.18μrad和31.24μrad,呈现先减小后增大的趋势。将承载传动误差曲线作为激励进行振动分析,当承载传动误差幅值波动最小时,齿轮副产生的振动最小。     

斜齿轮齿向修形对承载能力的影响

以某钢厂1580热连轧机减速机斜齿轮为研究对象,建立减速机斜齿轮的Pro/E参数化三维模型,根据斜齿轮啮合原理,对三维模型实现了无干涉装配。利用有限元分析软件,得到啮合齿接触带中心位于不同位置时齿轮的齿根最大弯曲应力和齿面最大接触应力。通过对比不同齿向修形参数下斜齿轮的应力值,确定了最佳齿向修形长度,为硬齿面斜齿轮的设计加工提供有价值的参考。     

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。     

一种二维数字化齿面加工方法研究

利用数字化共轭曲面原理和齿轮啮合原理对数字化齿面加工方法进行研究.研究聚焦于离散表达的数字化齿面与解析表达的刀具面在加工过程中的几何关系与相对运动.求得刀具截形上与数字化齿面每个离散点对应的共轭点及它们相互接触时的对应共轭运动,将所求离散展成运动参数自动排序,插值形成连续共轭运动,实现对数字化齿面的连续加工.二维非标准数字化修形齿面的插削展成加工仿真计算实例,验证了该方法的正确性.     

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。     

弧齿锥齿轮的有限元分析

以一对动车组弧齿锥齿轮为参照,在Pro／E环境下对其进行了精确建模和全参数化设计,并将模型导入到ANSYS中进行有限元分析。通过静力学分析获得了该对弧齿锥齿轮的最大接触应力,并和理论分析对比较核其接触强度。通过模态分析得到了齿轮的各阶固有频率和主阵型。这些结果真实的反映了齿轮的受力及变形情况,为齿轮的传动技术提供了理论依据。