弧齿锥齿轮复合传动误差设计与分析

为了降低承载传动误差高阶谐波引起的噪声,本文提出了弧齿锥齿轮复合传动误差设计。借助优化方法确定了工作载荷下承载传动误差波动量最小和几何传动误差对称性的局部综合参数,从而获得机床调整参数。借助轮齿接触分析方法,通过计算对称抛物线传动误差在5个关键点处的小轮转角和传动误差幅值,确定一个啮合周期内的简谐函数表达式,根据啮合转换点的连续相切条件计算两侧抛物线传动误差曲线系数,进而获得完整的3段传动误差曲线。采用逆轮齿接触分析方法,获得3段传动误差所对应的小轮基本滚比和高阶变性系数。算例结果表明：在轻载条件下啮合转换点处的夹角为180°,可实现啮合齿对的平稳过渡,减小换齿冲击;在工作载荷下能够降低承载传动误差的高阶谐波幅值;通过设置3段高阶变性系数可实现复合传动误差的磨齿加工。     

弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法

为了改善齿轮的啮合传动性能,提出基于Ease-off的弧齿锥齿轮齿面修形优化方法.通过预置齿轮副重合度、对称抛物线传动误差及接触椭圆参数,分别沿接触路径和啮合线对小轮齿面进行双向修形,获得目标齿面;建立最小二乘法优化模型,采用基于置信域策略的列文伯格-马夸尔特优化算法反求与目标齿面高精度逼近的小轮机床调整参数.算例表明,经过有限次迭代优化,可获得逼近目标齿面的一组机床调整参数,实现预置传动性能,且齿面偏差不大于2.0μm;齿轮副的设计重合度、传动误差幅值及接触椭圆参数对修形优化的迭代次数和精度有直接的影响.     

宽斜齿轮多目标修形优化设计

通过理论齿面叠加修形曲面方法来设计斜齿轮修形齿面,根据齿轮接触分析、承载接触分析计算得到承载变形、接触线上的离散载荷及啮合刚度,应用弹流润滑剂理论确定离散点的局部摩擦系数,并通过Blok闪温公式获得齿面闪温,建立斜齿轮啮合型弯-扭-轴-摆10自由度动力学模型;以承载传动误差幅值、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及振动加速度最小为目标,通过改进的粒子群优化算法确定了最佳修形齿面。结果表明:修形后齿轮副重合度增加,载荷均匀,齿面闪温分布明显改善;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;修形后传动误差幅值、啮合冲击降低,因此有效降低了系统振动。     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法及齿轮摩擦理论最新进展,得到接触线离散点的滑动速度、啮合承载变形、载荷分布及局部摩擦系数,进而确定齿面瞬时啮合效率和Block闪温。以承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面闪温最小和平均啮合效率最大进行多目标优化,获得最佳修形齿面,并分析齿面滑动速度与综合曲率半径的变化及重合度对啮合性能的影响。算例表明:最优ease-off修形齿面在啮入、啮出端有足够的抛物线传动误差,可有效减小ALTE并降低安装误差的敏感性;在整个齿高方向有一定的齿廓修形且接触迹线角较小时,齿轮副则有较大重合度,且齿顶、齿根载荷向节线附近集中,而节线附近的滑动速度较小,导致接触线平均摩擦系数下降,因此,啮合效率增加,齿面闪温下降;齿面适配量过大时,接触线载荷增加,摩擦功耗增大,啮合效率减小。     

高重合度弧齿锥齿轮高阶传动误差设计与分析

为减少高重合度弧齿锥齿轮的振动和噪声,提出基于齿面曲率修正方法的高阶传动误差设计.首先,根据预设高阶传动误差曲线和齿面接触印痕,对与配对大轮完全共轭的小轮齿面进行修形,获得小轮目标齿面;然后,建立基于齿面曲率修正方法的小轮齿面数学模型;最后,建立齿面优化模型,并利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-II)反求与目标齿面高度逼近的小轮齿面曲率修正系数.算例表明:通过齿面曲率修正方法能够获得满足设计要求的高阶传动误差;与传统的传动误差相比,高阶传动误差在降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差的同时可以改善齿轮副的载荷分布,改善齿轮副的啮合性能.     

大重合度弧齿锥齿轮设计与分析

为改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计方法。预置沿齿长的接触路径和对称抛物线传动误差,以大轮作为假想插齿刀,共轭展成小轮辅助齿面;先计算沿接触路径的齿面修形量,再根据轻载的弹性变形量和接触椭圆长半轴,计算出沿接触线齿面网格点的修形量,将两者叠加到小轮辅助齿面上获得小轮目标齿面;借助遗传算法求解目标齿面所对应的小轮加工参数。通过算例表明,将接触路径设计为沿齿长方向能够获得大重合度,且重合度仅与齿宽有关,沿齿宽中线的接触路径能够获得更好的啮合性能,避免过早发生边缘接触;齿面印痕沿齿向分布,避免内对角接触,减小齿面相对滑动速度,且在安装误差作用下,齿面印痕沿着齿高方向移动。     

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。     

齿面磨损最小直齿锥齿轮Ease-off修形设计与分析

为了改善齿轮传动性能和可靠性,提出了直齿锥齿轮齿面抗磨设计与分析方法。该方法结合碟型刀具在摇台型机床切制直齿锥齿轮方法获得大轮齿面;通过预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,并叠加于大轮的共轭齿面表达修形齿面。结合齿面接触分析、承载接触分析、Archard磨损公式,提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析数值方法,将齿面几何分析与力学分析融为一体,且充分考虑了安装误差、齿面修形和磨损的耦合性,可准确快速获得齿形重构后的齿面磨损量;以无磨损时承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面磨损次数最多进行修形优化设计,获得最优Ease-off曲面,并分析磨损对ALTE的影响。结果表明:相同磨损量下,随载荷的增加磨损次数逐渐减少且趋于相等;随齿形重构次数增加,主要是双齿啮合区的齿面初始间隙增加,导致承载变形增大;多载荷工况下,随磨损次数增加最小ALTE及其对应的载荷逐渐增大;共轭齿面轻度磨损后ALTE有所改善。     

变位面齿轮副承载特性分析及变位系数优化

为改善面齿轮副啮合性能,采用变位插齿刀对面齿轮进行变位,建立了包含齿根过渡曲面在内的变位面齿轮全齿面理论三维几何模型,进行了承载接触分析(LTCA)和应力场分析,并以齿根弯曲应力、齿面接触应力为两个优化目标,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化了变位系数.结果表明:面齿轮副变位对承载传动误差、齿间载荷分配、齿面载荷分布有一定影响,但承载传动误差波动幅值对变位系数并不敏感;负变位可增加重合度,并减小大轮齿根弯曲应力峰值,但齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值增大;正变位可减小齿面接触应力、小轮齿根弯曲应力峰值,但大轮齿根弯曲应力峰值增大;优化后的变位系数既提高了齿面接触强度,又使大、小轮弯曲强度趋于接近,有利于提高面齿轮副的承载能力.     

渐开线少齿差传动的轮齿载荷研究

与一般齿轮传动不同,在渐开线少齿差传动中存在多齿同时接触现象,因而其载荷分配系数要小得多.本文在对几何关系、轮齿变形和制造误差进行分析的基础上,建立了描述多齿啮合状态的数学模型.计算表明,同时啮合齿对的数目一般不大于5对,载荷分配系数随齿数和载荷集度的增加而减少.本文给出了不同载荷集度、不同传动参数下载荷分配系数的均值和标准差,可用以确定轮齿载荷的分布特征.本文的结论得到光弹性实验的验证.     

基于Romax Designer的NGW型行星齿轮箱传动性能分析

针对有效评估NGW型行星齿轮箱传动性能的问题,在完成齿轮基本参数设计的基础上,采用Romax Designer分析行星传动系统的传动性能。首先,以齿根弯曲强度为设计准则,确定NGW型行星传动系统中齿轮基本参数;然后,通过无干涉啮合条件并以齿面接触疲劳强度的校核准则,验证了所设计的NGW型行星传动系统能够满足运动条件和齿面接触要求;最后,基于Romax Designer建立NGW型行星传动系统的几何模型,并分别以最大齿面接触应力和各齿轮传动误差与单位齿宽载荷为指标对这一模型展开静态分析和动态分析。研究结果表明:内/外啮合副的传动误差波动幅值均小于1.4μm,且各齿轮单位齿宽载荷波动值均小于90 N/mm,行星传动系统传动性能良好。     

装配误差对空间曲线啮合齿轮传动精度的影响

为了提高空间曲线啮合齿轮的传动精度,研究了装配误差对其产生的影响.首先,基于空间曲线啮合齿轮的传动原理,得到了正交轴空间曲线啮合齿轮的曲面方程.然后,应用齿面接触分析方法,求解出装配误差存在下的实际接触线参数,以及相应的传动误差和重合度.最后,通过一个具体算例的实验仿真,分析了各装配误差因素对传动误差以及重合度的影响.数值分析结果表明,绕Yo轴的角装配误差和Xo方向上的位移装配误差是装配误差中影响传动精度的主要因素.本研究为控制并减小正交轴空间曲线啮合齿轮装配误差对传动误差和重合度的不良影响提供了理论依据和具体操作方法.     

主动修形面齿轮副的减振优化

为了降低面齿轮传动系统的振动与噪音,预设二阶与四阶传动误差、接触路径倾角及接触椭圆长轴,对面齿轮副进行主动修形,建立面齿轮传动系统动力学模型;以啮合线振动加速度均方根为优化目标,运用遗传算法获得最优主动修形参数,分析了系统的分岔特性及啮合刚度对系统响应的影响．结果表明：二阶与四阶传动误差优化后的啮合线振动加速度均方根较理论值分别降低了85.7%和88.1%,四阶传动误差在减振方面效果更佳;系统的振动不仅与啮合刚度均值有关,啮合刚度高阶谐波幅值对振动有较大影响;传动误差与接触路径倾角在合理取值范围内,增大接触椭圆长轴长度对降低振动有利,推荐的接触路径倾角在10.5°和13.5°邻域内;主动修形可缩小混沌运动窗口,有利于提高系统的稳定性;研究结果可为面齿轮副的减振设计提供理论依据．     

螺旋锥齿轮精锻大轮修形齿面设计与接触性能分析

为提高精锻成形的弧齿锥齿轮齿面的接触性能,根据小轮切齿加工参数和相应的齿面模型,构建与小轮齿面符合设定传动关系的完全共轭大轮齿面.以该齿面为基准面,提出一种二阶easeoff齿面构建方法.根据构建的大轮离散目标齿面,采用离散齿面轮齿接触分析的计算方法,以临界干涉法判断啮合状态,得到离散齿面的啮合印痕和传动误差曲线,所得传动误差与预置传动关系基本吻合.分析了二阶ease-off齿面参数对传动误差曲线及齿面接触区的影响,结果表明:ease-off各变量可实现对接触椭圆长度、接触迹线角度、接触区位置的精确控制.     

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.     

基于啮合要求的面齿轮拓扑修形齿面主动设计

提出了基于啮合性能要求的面齿轮拓扑齿面主动设计方法,研究了齿廓和齿向拓扑修形构建包含啮合性能信息拓扑齿面的过程.通过沿接触路径预置传动误差函数,改变虚拟加工的滚比,构造沿齿廓拓扑修形齿面;以面齿轮理论齿面为基准,建立沿接触线拓扑修形的数学模型,通过预置接触椭圆长轴,构造沿齿向的拓扑修形曲面;将齿向拓扑修形曲面沿法线叠加到齿廓拓扑修形齿面上,最终得到包含啮合性能参数的面齿轮双向修形拓扑齿面.应用两实例的仿真设计,验证了面齿轮拓扑齿面主动设计过程和拓扑齿面几何形状构造的正确性.     

基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面分区修形方法

为预控双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮的啮合性能,研究基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面修形方法。用大轮理论齿面展成得到小轮共轭齿面,基于预设的对称抛物线传动误差和接触迹,将齿面划分为小端、中间接触区、大端共3个区域,并基于局部共轭原理沿啮合线方向对3个区域进行3段抛物线修形,得到目标齿面;采用Ease-off齿面接触分析方法,对得到的目标齿面啮合性能进行分析。研究结果表明:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触印痕达到预置要求;分区修形方法为双重螺旋法加工的齿轮工作齿面、非工作齿面同步分区修形优化提供了新途径。     

基于Romax的高速动车牵引齿轮综合修形设计

牵引齿轮修形是减小振动噪声、改善传动性能、提高乘客舒适度的常见方法。论文以CRH380A高速动车组G301牵引齿轮为研究对象,利用Romax软件构建齿轮副动力学仿真模型,在高速运行工况下对齿轮传动系统进行动态接触分析,基于接触斑点、啮合错位量等分析结果,提出全齿廓结合齿向的综合修形方法,并以传动误差和单位长度法向载荷变化量作为修形效果的评价指标。仿真表明,采用论文提出的综合修形方法,齿轮副的传动误差幅值和最大单位长度载荷分别降低了16.75%、9.80%,有效改善了齿轮的传动性能,减小了传动的啮合冲击,从而降低振动噪声,提升了乘客的舒适度。     

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。     

公切线式双圆弧齿廓谐波齿轮传动设计

谐波传动轮齿齿廓对装置啮合性能具有显著影响.为提高谐波传动的啮合性能,采用公切线式双圆弧齿廓作为柔轮齿廓,基于改进运动学理论计算双圆弧齿廓谐波传动共轭区域、共轭齿廓,并采用最小二乘拟合方法对理论共轭齿廓进行圆弧拟合;利用MATLAB对谐波传动侧隙、重合度、装配变形、运动轨迹等进行仿真分析.研究结果表明:所设计的双圆弧谐波传动轮齿啮合连续、啮合点不断改变,且存在"双共轭"现象,理论啮合弧长为109.3mm,重合度达到69.03,啮合性能显著优于传统渐开线齿廓谐波传动,并且优选径向变形量系数是消除谐波传动啮合干涉的重要方式之一.