曲线齿锥齿轮轮齿应力计算方法及其软件的研制

长期来,计算齿轮轮齿弯曲应用的方法主要是应用悬臂梁理论。这种方法的精度由引入光弹和应变片实验得到的各种修正系数而得到提高。但是,对于螺旋角较大或齿形较复杂的轮齿,由于悬臂梁法的力学模型过于近似而计算误差较大。因此,随着数值解法的发展,人们开始采用有限元法与边界积分法来分析轮齿应力,国内外有不少文章发表,但多数是对各种齿形的圆柱齿轮,而对于锥齿轮,特别是弧齿和准双曲线这类曲齿的,有关这方面的文章则不多见,国外仅有少量文献发表。     

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。     

双圆弧谐波齿廓设计方法

针对双圆弧齿廓参数表征量多、圆弧尺度与设计参数关联度低的不足，提出一种根据柔轮齿与刚轮齿的相对运动特征设计双圆弧谐波齿廓的方法．首先，根据工况参数与柔轮中线变形曲线函数特征，分别在固定刚轮与固定柔轮两种形式下分析柔轮齿廓公切点的运动轨迹，提取其最大切向位移量作为齿顶圆弧的参数特征，并建立齿顶齿廓连续共轭条件及设计公切点倾角；在此基础上，根据给定的齿厚比与分度圆，分析切向位移量系数与公切线倾角对共轭啮合区间的影响，并结合连续共轭条件遴选合理的齿廓重要参数．其次，结合算例分析了传动比分别为80和100时柔轮齿与刚轮齿的啮合状态及性能，结果显示共轭齿廓能够实现连续啮合且不存在干涉．最后，结合有限元仿真校验齿廓啮合特性，结果表明：共轭存在角度为68.31°、单侧共轭齿对数为37对、啮合侧隙最大值小于10μm，有限元仿真与数值算例分析结果基本吻合，验证了本文设计方法的有效性．     

渐开线谐波齿轮柔轮最高装配应力分析研究

为探究轮齿对柔轮齿圈装配应力的影响,建立包含实际齿廓的实体单元柔轮齿圈有限元模型(FEM).分析最大周向应力随齿根倒圆半径的变化规律,获得最佳齿根倒圆半径,以降低最大周向应力,并研究齿圈壁厚和齿槽宽度对最大周向应力的影响.引入轮齿应力影响系数以揭示齿圈最大周向应力与光圈应力的关系;考虑轮齿对齿圈弯曲刚度的影响,提出基于内力等效的弯曲刚度增大系数计算方法,并数值计算应力集中系数.得到了弯曲刚度增大系数和应力集中系数随齿圈壁厚及齿槽宽度的变化规律.研究表明:设计规范低估了轮齿对应力集中的影响;随着齿圈厚度的增大,应力偏差由11.2%增大至16.9%,设计规范低估了应力随壁厚的增长率.     

采用中空齿提高齿轮承载能力的研究

本文提出从直齿圆柱齿轮的轮齿端面开轴向通孔——中空齿,以降低轮齿刚度及改善轮齿散热条件,从而提高齿轮传动的承载能力,采用有限元法对轮齿进行刚度和应力计算并用国家标准(CB3481—83)的齿轮计算方法计算得出,这种轮齿齿面的计算接触应力较之一般轮齿约低7％,齿根的计算弯曲应力约低11％;并能有效地减轻振动和噪声。本文还给出了非变位轮齿上通孔以直径为0.6倍模数和距齿顶1.4倍模数较适宜的计算结果。这种措施对于模数较大的直齿圆柱齿轮传动有实际意义,在相同运转条件下工作时,齿轮的寿命可增加一倍以上。     

影响锯链与链轮啮合传动的几何参数分析

分析了在不同支承情况下链轮齿宽与传动链片齿宽，链轮齿顶高度与侧链片凹口高度，链轮轮缘直径与侧链片趾部高度链轮齿槽角与传动链片楔角四对参数偏差对啮合传动影响。它们的影响在很大程度上与锯链节距偏差的影响相似。     

齿廓形状对谐波齿轮共轭啮合区润滑性的影响

采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动柔轮齿廓,通过包络理论推导出刚轮与柔轮的共轭齿廓方程和共轭区域,同时运用最小二乘法拟合刚轮齿廓的离散点,得到刚轮的拟合圆弧曲率半径.在此基础上,综合考虑卷吸速度、啮合点法向载荷、真实表面粗糙度和轮齿接触几何等因素,建立了双圆弧齿廓和渐开线齿廓谐波齿轮在共轭啮合区的混合润滑数学模型,分析了不同转速下谐波齿轮共轭啮合区处齿根啮合点和齿顶圆啮合点的润滑状态.研究结果表明:齿廓形状对润滑性能影响显著,采用双圆弧齿廓能显著增加平均油膜厚度和降低最大油膜压力,使润滑性能得到改善;随着波发生器转速逐渐降低,共轭齿根啮合点和共轭齿顶圆啮合点的平均油膜厚度和膜厚比随之减小,接触载荷比随之增大,润滑效果变差.     

考虑动载荷与动态磨损系数的直齿轮传动系统动态磨损特性

为揭示齿轮传动系统齿面动态磨损特性,通过Weber–Banaschek公式计算获取啮合齿轮对的时变啮合刚度,基于此建立包含非线性齿侧间隙和内部误差激励的齿轮传动系统运动学方程,计算获得系统轮齿啮合时载荷沿啮合线的动态变化规律。根据齿面粗糙度和当前啮合点最小油膜厚度,建立齿面动态磨损系数的表达式。以轮齿的起始啮合点和最终啮合为区间,将渐开线齿廓进行离散化处理,建立离散化的齿面动态磨损模型并对其进行特定参数下的仿真计算。研究结果表明:由于动载荷、动态磨损系数和滑移速度等参数的影响,主从动齿轮齿面累积磨损量沿渐开线齿廓呈现非均匀分布,节点处最小,齿顶处最大;小齿轮的齿面磨损程度比大齿轮更严重;当传动比和模数变化时,齿面累积磨损量均存在变化趋势明显的敏感区域。     

渐开线直齿圆柱齿轮侧隙的探讨

在总结分析国内外渐开线直齿圆柱齿轮侧隙和齿厚偏差标准的基础上,以寻求一种新的选择齿轮副侧隙和齿厚偏差的方法。文中最小极限侧隙的计算不仅考虑了啮合轮齿间油膜厚度和齿轮,箱体热膨胀对侧隙的影响,而且考虑了轮齿受载弹性变形对侧隙的影响。并利用弹流理论来研究啮合轮齿间油膜厚度,用有限元法来研究轮齿受载弹性变形。     

渐开线直齿圆柱齿轮侧隙的探讨

本文是在总结分析国内外侧隙和齿厚偏差标准的基础上,以寻求一种新的选择齿轮副侧隙和齿厚偏差的方法。文中最小极限侧隙的计算不仅考虑了啮合轮齿间油膜厚度和齿轮、箱体热膨胀对侧隙的影响,而且考虑了轮齿受载弹性变形对侧隙的影响。并利用弹流理论来研究啮合轮齿间油膜厚度,用有限元法来研究轮齿受载弹性变形。最后,提出了一种新的侧隙和齿厚偏差选择规范。     

双圆弧谐波传动刚轮插齿刀设计与齿形误差分析

双圆弧刚轮插齿刀几何参数的计算设计及齿形误差分析是谐波传动制造的难点之一.采用运动学法精确建立双圆弧刚轮插齿刀齿形及齿面数学模型;研究了双圆弧刚轮插齿刀顶刃后角对插齿刀可刃磨长度的影响规律;提出了侧刃后角、侧刃前角等几何参数的计算方法,研究了这些参数的影响因素及从齿顶到齿根的变化规律;分析了顶刃前角、顶刃后角对双圆弧刚轮插齿刀齿形误差的影响规律;通过算例给出了插齿刀前后角的设计方法.结果表明:插齿刀可刃磨长度随顶刃后角增大而减小;侧刃后角的大小与该点半径及压力角大小有关,并随顶刃后角增大而增大;侧刃前角随顶刃前角及顶刃后角增大而增大,其中顶刃前角的影响较大;顶刃前角与顶刃后角均对插齿刀齿形误差有较大影响,设计时应在保证齿形精度的情况下,选择较大的顶刃前角和较小的顶刃后角.     

非标准复合齿轮插齿刀设计方法

研究加工不等齿厚的非标准参数渐开线齿形,与非渐开线齿形复合的锁闭齿轮插齿刀刀齿的排列、刀具齿数的选择以及刀具设计的基本方法,介绍用限制区域选择插齿刀变位系数的新方法,并给出刀具齿顶后角与侧螺旋角的关系曲线,为插齿刀参数的选择提供依据,结果表明,采用上述方法设计非标准复合齿轮插齿刀,可简化计算和提高设计效率。     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.     

双压力角非对称齿廓齿轮齿根弯曲应力的有限元分析

推导出双压力角非对称渐开线齿轮系统全齿廓方程,以及在单、双齿啮合上、下界点处坐标和载荷角的计算公式,编制了相应的参数化程序.对实例的有限元分析表明非对称渐开线齿轮的齿根弯曲强度比对称齿轮有较大提高.计算结果揭示了由于时变啮合刚度的影响齿根弯曲应力在一个啮合周期的变化规律.     

关于双圆弧齿轮断齿危险点的探讨

本文用三维有限单元法对双圆弧齿轮在载荷作用下接触区长度和螺旋角与齿腰和齿根的应力关系进行了分析,通过计算得出最大应力的位置与接触区长度的变化关系。指出,存在一个临界接触区长度,当实际载荷作用接触区长度超过该值时,则齿根应力大于齿腰应力,否则齿腰应力大于齿根应力。同时指出,齿顶也是产生裂纹的危险部位。     

中厚板翻钢机力学性能有限元分析

为研究翻钢机在翻转过程中悬梁臂与钢爪的应力场以及翻钢机的结构优化,利用ANSYS软件,建立了翻钢机悬臂梁及钢爪的三维模型。在结构分析中,模拟出翻钢机翻转过程中从0°到85°翻钢机梁与钢爪受力情况。结果表明:在悬梁臂与钢爪的连接处所受应力最大,在0°时翻钢机悬臂梁及钢爪连接处所受最大应力为229 MPa,85°时为1.86 MPa,均满足弹性要求;优化了翻钢机模型,悬臂梁与钢爪连接处的直角用倒角代替,梁下方用具有斜度的面代替直面,减少用料,优化后的模型依然满足弹性要求。     

螺旋锥齿轮滚轧成形过程中的应力分析

采用有限元分析方法,模拟分析螺旋锥齿轮坯料咬合、滚压分齿、连续滚轧成形及滚轧整形4个过程中滚轧轮的应力分布。研究结果表明:在坯料咬合和分齿阶段,滚轧轮应力主要分布于齿顶位置;在连续滚轧成形阶段,滚轧轮应力由齿顶的位置逐渐扩展到齿根,并随着滚轧过程的进行逐渐增大;在整形阶段,滚轧轮与坯料的接触面积最大,滚轧轮应力主要集中在与坯料接触的两个齿,在齿顶处的接触应力较齿根处大。     

平面二次包络环面蜗杆传动轮齿应力分析(英文)

采用三维冻结光弹实验方法,分析了平面二次包络环面蜗轮轮齿受力与啮合齿间载荷分配;用三维有限元法计算了轮齿应力,并与光弹实验结果比较,误差小于15％。     

斜齿轮接触特性有限元分析

为了研究斜齿轮啮合过程中齿面接触力分布,通过有限元方法建立齿轮接触分析模型,研究了塑性变形、齿面摩擦、温度以及材料线性强化等因素对啮合性能影响,并通过实验对比了仿真结果.结果表明:塑性变形、齿面摩擦、温度和线性强化对轮齿齿面接触力均有影响.实验结果表明:温升测试中,齿顶、齿根区域的实验和仿真温度变化趋势一致;应变测试中...     

少齿数非对称斜齿轮根切与动态特性的研究

基于齿轮加工原理,建立了非对称齿条刀具法面方程,通过齐次坐标进行矩阵转换,推导了产形轮的齿廓方程.利用产形轮表面根切点的切向量为零,求解出不发生根切的径向变位系数取值范围,为少齿数非对称斜齿轮的参数取值提供依据.根据该齿轮啮合有限元模型,计算出轮齿在完整啮合周期下,齿根节点各向加速度和齿根VonMises应力随时间变化的规律,分析了不同速度和不同载荷对齿根冲击应力的影响.对啮合的齿轮副进行齿顶修形,得到不同修形量时的齿根冲击应力曲线.结果表明:x,y和z方向对非对称少齿数斜齿轮振动的影响都很大,转速比转矩对冲击的影响要大,适当的修形会减小冲击应力.