双圆弧齿轮传动的啮合分析 Ⅰ.齿面方程及端面齿廓

作为啮合分析的基础,本文从双圆弧齿轮基准齿形的定义出发,导出了适用于各类双圆弧齿轮各个部分齿面的通用齿面方程式,给出了确定原始参数的计算公式。并且证明,法面双圆弧齿轮的每一段端面齿廓都是对应椭圆曲线段在相对运动中的包络曲线。     

车削的圆弧齿圆柱蜗杆传动啮合原理

本文应用南开大学齿轮啮合理论研究组提出的“齿轮啮合的数学理论”,系统地研究了蜗杆轴截面为圆弧齿廓的圆柱蜗杆传动啮合原理。用矢量解析法推导出了这种蜗杆传动啮合原理的下列计算公式:1)、蜗杆齿面方程式;2)、啮合方程式;3)、接触线方程式,4)、啮合区方程式;5)、一类界限曲线方程式;6)、二类界限曲线方程式;7)、诱导法曲率计算公式;8)、接触线方向与相对速度方向夹角的计算公式。这些公式可用于分析蜗杆轴截面为圆弧齿廓的圆柱蜗杆传动的啮合质量。     

长齿廓齿顶修形对减速箱振动噪声影响研究

针对高速工况下电动汽车减速箱振动噪声过大问题,考虑长齿廓齿顶修形,并探究修形时长齿廓齿顶线性、圆弧、渐开线和折线圆弧曲线对减速箱整体性能的影响规律。基于扭转振动原理,建立斜齿轮非线性动力学模型,分析了4种典型曲线对齿面载荷、齿轮副时变啮合刚度、时变啮合力和减速箱声功率级敏感性的变化规律。结果表明：齿面载荷、时变啮合刚度和时变啮合力受修形曲线影响较大,各修形曲线均能降低箱体声功率级,其中,圆弧、渐开线修形对齿轮副时变啮合刚度和时变啮合力的波动有抑制作用,满足全频域降噪要求。折线圆弧修形后齿面载荷、特征频率处声功率级和平均声功率级降幅最大,满足减速箱高速工况下的减振降噪需求。     

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.     

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。     

齿廓的切成原理

展成原理是齿轮学中的基本原理。然而,在齿廓研究中,单有展成原理还解决不了问题,有必要按照滚刀切制时实际的切成情况来探讨齿廓的切成原理。本文建立了切成的齿廓曲线方程式,分析了切成原理与展成原理之间的联系与区别。最后,以一个直线齿廓齿轮为例,阐明了切成用滚刀的齿形设计。     

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.     

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。     

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。     

正交面齿轮齿廓的几何设计和根切研究

为了实现正交面齿轮的加工,采用包络法对正交面齿轮齿廓的几何设计方法和根切条件进行了研究.建立了正交面齿轮的包络过程坐标系,给出了产形面及其齿角方程,推导了面齿轮齿廓和过渡曲面方程,并利用Matlab软件对面齿轮齿廓的几何设计进行了仿真.文中还分析了面齿轮的根切现象,得出了相应的根切条件,通过对根切条件的数值计算获得了根切参数表,并利用最小二乘法对参数表进行统计分析,得到了面齿轮根切几何条件的工程近似方程.最后通过面齿轮加工实验,验证了上述理论计算和工程近似方程的可行性.     

谐波齿轮传动双圆弧齿形双向共轭设计方法

针对目前广泛采用的双圆弧齿形单向共轭设计方法存在的刚轮凸圆弧段共轭齿廓不确定问题,提出了一种基于柔轮和刚轮齿形联合共轭计算的双圆弧齿形双向共轭设计方法。该方法通过预设柔轮凸圆弧参数来进行共轭计算和拟合得到刚轮的双圆弧齿廓;增加了刚轮凸圆弧齿廓反向共轭计算得到柔轮凹圆弧齿廓的计算过程;将柔轮的拟合凹圆弧和预设凸圆弧相结合得到柔轮整体齿形;保证了刚轮凸圆弧段与柔轮两段圆弧均能共轭啮合。双圆弧齿形的啮合侧隙分析与有限元接触分析结果表明:与单向共轭法的设计结果相比,双向共轭法所设计的双圆弧齿形在整个齿廓段都能参与啮合,存在多点啮合现象,具有更大的齿廓接触面积和更小的齿面接触应力,提升了谐波齿轮传动的啮合性能。     

行星齿轮传动的齿面动态磨损特性

针对动态载荷下行星齿轮传动系统齿面磨损问题,考虑了时变啮合刚度和齿廓磨损误差激励的影响,应用势能法求解齿廓磨损情况下的齿轮副啮合刚度,采用集中参数法建立了平移-扭转多自由度齿轮动力学模型,通过Newmar k-β时域积分法求解动态啮合力,基于变形协调原理确定齿间载荷分配系数,依据赫兹接触理论确定齿面接触压力分布,采用有限元方法等转角度离散齿面,基于Archard磨损公式建立了行星齿轮传动系统动态磨损数值仿真模型。通过算例,分析了不同磨损程度的啮合齿面接触压力分布,探讨了负载转矩和磨损次数对磨损的影响以及磨损深度与齿轮系统啮合刚度间的关系。仿真结果表明:磨损后双齿啮合区齿面压力呈"∧"形分布;磨损速率与负载转矩呈正比映射关系,与磨损次数呈指数映射关系;啮合刚度与最大磨损深度呈一次函数关系。该研究结果对行星齿轮传动系统的齿廓修形设计及减磨延寿具有一定的参考意义。     

超短齿硬齿面双圆弧齿轮轮齿应力的三维光弹性分析

本文利用通常的三维光弹性实验技术和原理,对超短齿双圆弧齿轮进行了齿廓的应力分析。在实验中,专门设计了啮合位置可调的“摸拟啮合冻结试验装置”,使得模型齿轮在加载冻结过程中更真实妥贴的达到理想啮合受载,从而保证了实验结果的精确性。从对齿高参数不同的几种齿形进行探讨与实验表明,各种齿形上的应力分布规律大致相同,但齿根部位的最大应力值与位置则与所采用的齿形有关,且主要取决于齿高。本文就超短齿(h=1.4M_n)进行了三维应力分析得到了沿齿廓的应力分布,从而为它应用于低速重载齿轮传动的最佳齿形设计提供了可靠的实验依据。     

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.     

圆弧齿轮齿廓曲率中心的配置

本文从齿廓磨损、齿轮振动、噪音和效率,以及齿轮强度等方面,就各种曲率中心的分配方案,进行分析比较,提出了平行轴圆弧齿轮传动齿廓曲率中心的合理分配方案。     

正齿椭圆齿轮的实体建模及其运动特性分析

针对椭圆齿轮齿廓生成复杂且造型困难的问题,本文依据齿条刀具范成法加工非圆齿轮的原理,建立了计算机仿真加工中刀具与椭圆齿坯间的运动学模型;由此根据齿条刀具加工中齿廓形成的规律,编写出椭圆齿轮齿廓的计算程序,该程序可方便地计算出椭圆齿轮齿廓曲线数据;最后将该齿廓曲线数据导入实体造型软件完成实体建模,并运用Adam s软件分析了椭圆齿轮的啮合及运动特性。     

双压力角非对称齿轮齿廓滑动系数的分析

双压力角非对称齿轮具有承载能力大、振动小、噪声低、寿命长等优点。齿廓滑动系数是齿面磨损的重要评价指标之一,其大小反映了齿面的磨损程度。文中根据齿廓滑动系数的定义,结合双压力角非对称齿轮啮合传动特点,推导出齿廓滑动系数的数值计算公式,并从压力角、模数等方面对单(双)模数双压力角非对称齿轮齿廓滑动系数进行分析。仿真结果表明,为了降低齿廓滑动系数,减轻齿面磨损,提高啮合效率,可采取提高工作侧压力角、增大齿轮模数及齿数比等措施。     

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.     

齿轮齿廓的实体建模与几何分析

讨论了基于齿轮啮合原理和计算机图形学的齿轮齿廓实体逮模方法。它可以使实体齿廓形状通过调整共轭运动和产形面的参数进行修正。同时,可用实体模型对齿轮进行几何分析。文中还列举了两个实例。     

齿轮齿廓的实体建模与身体分析

讨论了基于齿轮啮合原理和计算机图形学的齿轮齿廓实体逮模方法。它可以使实体齿廓形状通过调整共轭运动和产形面的参数进行修正。同时，可用实体模型对齿轮进行几何分析，文中还列举了两个实例。