谐波齿轮柔轮啮合点周向刚度的理论分析及仿真

为揭示柔轮结构对其啮合点周向刚度的影响规律,提升谐波齿轮的传动刚度,提出柔轮啮合点周向刚度的理论计算方法。该算法首先将周向力引起的柔轮啮合点变形拆分为筒体变形和齿体变形,分别推导周向力作用下柔轮杯底、光筒、齿圈和圆弧过渡部分的扭转变形及渐开线轮齿的弯曲和齿根转动的理论公式,并基于周向位移等效折算柔轮啮合点周向刚度;然后建立包含工艺结构及渐开线齿廓等真实结构的杯型柔轮实体单元有限元模型,对未装配变形柔轮模型和波发生器作用下产生装配变形的柔轮模型分别施加周向力,获得柔轮筒体和齿体的负载变形。有限元仿真结果表明:杯底对柔轮筒体的扭转刚度的影响最大,齿体弯曲在齿体变形中的占比最大;装配变形增加了柔轮筒体的刚度,使其负载周向变形减小了约10%;减小齿廓压力角、增大变位系数和齿宽,可提高齿体刚度;柔轮筒体和齿体变形的理论解与有限元解的偏差分别为1.3%和2.2%;啮合点周向刚度的理论解与有限元解的相对偏差为-5%,验证了该算法的有效性。     

考虑温度效应的斜齿轮时变啮合刚度解析算法

以斜齿轮副为研究对象,基于切片法和积分思想,计入齿面接触温度变化引起的齿廓形变,结合轮齿接触、弯曲、剪切、轴向压缩及基体弹性变形,提出了考虑温度效应的斜齿轮啮合刚度解析算法,并通过有限元法验证了算法的准确性.分析了不同摩擦因数、输入转矩、输入转速等工况参数对斜齿轮啮合刚度的影响规律.结果表明,考虑齿轮温升影响后,轮齿从啮入到啮出整个过程的啮合刚度均有所增大;随着摩擦因数、输入转矩和输入转速的增大,斜齿轮本体温度及啮合齿面瞬时闪温升高,单齿啮合刚度和综合啮合刚度均值呈增大趋势.研究结果可为高速重载齿轮系统准确高效的动力学分析提供理论依据.     

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。     

基于啮合特性的人字齿轮动力学建模与分析

利用人字齿轮啮合特性的分析结果,准确计算人字齿轮轮齿时变啮合刚度激励和误差激励。根据齿轮啮合冲击模型,计算人字齿轮啮入冲击激励。根据人字齿轮的均载传动特性,综合考虑上述3种激励,利用集中参数理论建立人字齿轮12自由度弯曲—扭转—轴向变形耦合的三维空间动力学模型。应用牛顿第二定律,建立系统的振动方程,对方程进行消除刚体位移和量纲归一化处理。采用变步长四阶龙格库塔法(Runge-Kutta)求解,得到系统的振动响应和动态特性。结果表明:人字齿轮动力学模型的建立、求解和分析为其动态设计奠定了基础。     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计及参数优化

以三圆弧谐波齿轮为研究对象,结合改进运动学法和数值离散思想方法,求解出谐波齿轮柔轮齿廓方程和谐波齿轮传动的啮合不变矩阵,进而求解柔轮共轭齿廓;在共轭齿廓基础上,采用圆弧拟合和几何计算相结合的方法,设计求解出刚轮齿廓,并分析柔轮齿廓参数对柔轮共轭齿廓的影响。为进一步提高谐波齿轮的传动精度、传动平稳性、啮合刚度和承载能力,以增大谐波齿轮传动双共轭区间为目标,建立优化函数,对柔轮齿廓参数进行单变量和多变量优化分析。研究结果表明:采用合理的齿廓参数,可增加刚轮齿廓所包含的柔轮的理论共轭啮合点,最大化谐波齿轮传动双共轭区间,提高谐波齿轮啮合传动特性。     

变厚齿轮轮齿啮合综合刚度确定方法研究

通过将变厚齿轮轮齿简化为沿径向和轴向都为变截面的悬臂梁，推导出了轮齿啮合点变形的计算公式，首次解决了变厚齿轮轮齿啮合综合刚度的计算问题，并编制程序计算出了一对内啮合变厚齿轮轮齿的啮合综合刚度。     

少齿数弧齿锥齿轮节锥外啮合的变位设计与试验

基于综合变位与节锥外啮合原理,提出了一种高减比、少齿数弧齿锥齿轮设计方法,阐述了节锥外啮合的轮齿几何演变规律。根据等弯曲强度和轮齿几何约束条件,选取了合适的变位系数,完成了齿轮副几何参数计算。以齿数比4∶41的弧齿锥齿轮为例,建立了精确的三维轮齿模型。通过动态有限元仿真,得到了齿面瞬时接触椭圆、接触应力与齿根弯曲应力。最后,通过切齿和滚检试验,验证了节锥外啮合设计的齿数比4∶41的弧齿锥齿轮副在理论和实践上的可行性。     

多齿根裂纹对齿轮传动时变啮合刚度的影响

时变啮合刚度是影响齿轮传动振动特性的重要参数,常用于基于振动的齿轮传动裂纹诊断。为深入研究齿轮裂纹诊断问题,旨在研究齿根裂纹对齿轮传动装置时变啮合刚度的影响。首先,基于齿轮所受转矩和啮合齿轮转角变形量,推导出齿轮传动装置的时变啮合刚度理论模型。然后,以渐开线标准直齿圆柱齿轮为对象,建立含齿根裂纹齿轮传动副有限元模型,提出基于有限元方法的齿轮传动时变啮合刚度计算方法。最后,通过数值算例讨论了一个啮合周期内齿根裂纹对单对轮齿啮合和两对轮齿啮合时啮合刚度的影响。结果表明,两对轮齿啮合时,双裂纹参与啮合不仅降低啮合刚度,而且远大于单裂纹对啮合刚度的影响;与单裂纹参与啮合相比,随着双裂纹的裂纹深度增加,啮合刚度的下降率增大;增加裂纹深度时,两对轮齿啮合时啮合刚度峰值与单裂纹单对齿啮合时啮合刚度峰值的差距缩小;组合裂纹参数下两对轮齿啮合时,因为轮齿参与啮合顺序不同,裂纹深度对齿轮啮合刚度的影响明显不同。研究结论可为基于振动特性的含多裂纹的齿轮传动裂纹诊断提供理论支撑。     

船用齿轮传动的动态优化设计

考虑齿轮副的时变啮合刚度、啮合阻尼及轮齿的综合误差,建立了船用齿轮传动系统的动力学模型;将齿轮副接触线长度变化代替齿轮瞬时啮合刚度的变化,啮合阻尼和齿面摩擦等效为粘性阻尼以提高求解效率.并以齿轮的振动加速度和质量为目标函数,对船用齿轮传动进行多目标动态优化,有效降低船用齿轮的振动水平和质量.     

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.     

封闭差动行星传动系统中心轮动力学浮动量分析

基于集中参数振动理论,建立采用中心轮浮动的封闭差动行星传动系统动力学模型.考虑支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励和齿轮误差激励.计算系统两级中心轮的浮动量,获得齿轮误差、支撑刚度与系统两级中心轮浮动量间的关系曲线,分析误差、支撑刚度对系统两级中心轮浮动量的影响.研究结果表明:系统两级中心轮浮动量随误差增大而增大;差动级中心轮的浮动量远比封闭级的浮动量大;差动级齿频误差引起的中心轮浮动量远大于偏心误差引起的浮动量,差动级中心轮浮动量对齿频误差比偏心误差敏感;可以适度减小系统两级中心轮的支撑刚度来提高两级中心轮的浮动能力;为实现差动级中心轮较高的浮动能力,差动级中心轮应采用较小的支撑刚度.     

分阶式双渐开线齿轮轮齿刚度的研究

用有限元方法首次计算分析了分阶式双渐开线齿轮轮齿的刚度、啮合刚度和载荷分配系数,结果表明双渐开线齿轮的刚度、啮合刚度均提高了,而载荷分配系数基本不变;提出直线逼近齿廓曲线近似求解该齿轮刚度的能量积分法。     

基于啮合效率下斜齿圆柱齿轮设计参数的选择

斜齿轮因具有传动平稳和承载能力高等优点而被广泛用于高速、重载传动中。目前对于斜齿轮的设计多以满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力为准则,未考虑设计参数对啮合效率的影响,易造成能源浪费和经济损失。在影响齿轮啮合效率的因素中,滑动摩擦功率损失占主要地位。因此,本文从计算斜齿轮滑动摩擦功率损失入手,通过计算啮合点处的滑动摩擦功率损失并沿啮合线积分,得到斜齿轮啮合效率的表达式,从中揭示出设计参数对啮合效率的影响规律,进而提出在满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力的前提下斜齿轮设计参数的选择原则。     

渐开线齿轮动态啮合力计算机仿真

为了获得渐开线齿轮啮合传动过程中的动态啮合力,提出了一种在MSC-ADAMS平台上的计算机仿真方 法．考虑了齿轮高速、大转矩啮合传动以及渐开线齿轮工作过程中齿廓啮合点位置不断变化的实际情况,基于 Hertz弹性接触理论,建立了仿真用齿轮刚度系数的计算公式及渐开线齿轮啮合传动的仿真模型,并以某车用变速 器的一对渐开线齿轮为研究对象,应用机构动力学仿真分析软件,计算得到了在3种不同工况下的齿轮动态啮合 力．研究结果表明:渐开线齿轮在啮合传动过程中含有明显的动载荷,动载荷的波动并非对称循环,其均值大于静 载荷;随着传动速度的增大,动载荷及其作用时间所占比例均增大．     

齿轮啮合冲击过程分析及评价方法

基于我国首创的齿轮整体误差测量技术,以笔者提出的齿轮副整体误差为手段,从微观上解释了齿轮啮合冲击产生的具体过程,归纳了轮齿交替特性,提出了一种以轮齿交替特性为评价准则的齿轮啮合冲击的评价方法：总结了6种基本的交替形式,给出了各自的判别准则,统一了齿面交替和顶刃交替的判别方法,讨论了各交替形式与啮合冲击的关系;最后,以上述理论为基础,开发了齿轮啮合冲击测评系统并给出了分析实例．研究结果表明。齿轮副整体误差是研究齿轮啮合冲击问题的一种有效工具,以轮齿交替特性为基础的统计学评价方法为批量齿轮啮合冲击的测评和预报提供了一种新的方法和途径．     

引入塑料行星轮对行星齿轮传动动态特性的影响

为了深入了解钢质行星齿轮传动系统引入塑料行星轮后的动态特性,建立了钢/塑齿轮组合行星传动的动力学分析模型和实验模型,对含塑料行星轮行星齿轮传动系统的动态特性进行了理论分析与实验研究,分析了塑料行星轮的引入对行星齿轮传动动态特性的影响。数值仿真与实验研究结果表明:塑料行星轮的引入对轮齿动态特性影响很大,显著地减小了太阳轮—行星轮和内齿圈—行星轮的啮合动载荷;显著地降低了行星齿轮传动系统的转子不平衡工频及其谐波振动、齿轮啮合振动及其谐波振动和高频带振动;在很大程度上降低了行星齿轮传动系统的振动强度。     

双模数大排量齿轮泵动态特性仿真研究

设计双模数啮合齿轮泵,对主、从动齿轮啮合过程及接触强度进行了仿真研究.将两种不同模数的齿轮进行匹配,设计双模数主、从动齿轮,提高齿轮的排量;以刚度、阻尼、摩擦系数模拟齿轮之间的油膜间隙,对主、从动齿轮的工作过程进行仿真研究,再利用Workbench对主、从动齿轮进行接触有限元分析.计算分析结果表明:双模齿轮泵排量是同体积齿轮泵的2～6倍,齿轮泵工作时,第一对小齿啮合时接触应力最大,从动齿轮工作过程中的变形量大于主动齿轮,两齿轮的安全系数较大,强度能够满足使用要求.     

非对称塑料齿轮副侧隙的分析与计算

将非对称齿廓理论应用于塑料齿轮,探讨了非对称渐开线塑料齿轮的啮合传动特点,给出了该种齿轮的啮合传动参数的计算公式.用实例对这一新型齿轮的侧隙进行了计算,验证了理论分析的正确性,为非对称渐开线塑料齿轮的设计提供了依据.     

推杆针轮活齿传动的扭转刚度分析

为研究推杆针轮活齿传动的扭转刚度及其影响因素,应用变形协调方法推导了推杆针轮活齿传动的啮合力及扭转刚度的计算公式.应用实例分析了推杆针轮活齿传动的啮合力变化规律及扭转刚度变化规律,讨论了推杆针轮活齿传动的结构参数对其扭转刚度的影响.实例分析表明:推杆活齿在齿顶和齿根处所受啮合力最小,在齿廓中部受啮合力最大;推杆针轮活齿传动的扭转刚度波动较很小;激波器偏心距和针齿数对扭转刚度的影响大;针齿半径和针轮半径对扭转刚度的影响较小;激波器半径对扭转刚度的影响几乎可以忽略.研究成果可为推杆针轮活齿传动的齿廓修形和参数选择提供理论依据.      

支承系统变形对斜齿轮承载特性的影响

以某型汽车变速箱为例，建立了面向传动装置的参数化模型；研究了啮合过程中齿面载荷分布、齿间载荷分配和啮合刚度的变化规律；考察了支承系统变形对斜齿轮承载特性的影响；得出了有实际意义的结论．