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。     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面数控修正

为了改善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设计与加工方法.预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向自由ease-off拓扑修形曲面,建立小轮拓扑修形齿面模型,可以准确获得任意自由ease-off修形齿面的解析表达式.结合齿面承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)方法,优化承载传动误差幅值(amplitude of loaded transmission error,ALTE)为最小,确定最优ease-off曲面参数,并推导其相对小轮理论齿面的目标修形量.基于刀具和计算机数控(CNC)机床各运动轴参数误差敏感性的齿面修正模型,分析各参数扰动对齿面误差的影响,进而确定合理的参数边界,以目标修形量误差平方和最小为目标函数,通过最小二乘法确定最优ease-off拓扑修形齿面的加工参数.结果表明:CNC机床各轴主要引起齿厚和对角修正,增加刀刃修正可以实现ease-off拓扑修形齿面的高精度修正,为高性能齿面自由ease-off修形设计与加工提供理论参考.     

预控参数对准双曲面齿轮传动误差的影响

局部综合法可以直接确定切齿参数,该方法中的预控参数提供了一个优化的啮合条件.本文利用齿面接触分析和加载接触分析技术,讨论了预控参数对准双曲面齿轮传动误差曲线的影响,提出了准双曲面齿轮设计中的预控参数选取建议.     

考虑噪声的准双曲面齿轮优化设计

提出准双曲面齿轮的优化设计方法。建立以降低噪声和减小体积为目标的优化设计数学模型。通过实例计算，获得在众多约束条件下的较佳设计方案。     

准双曲面齿轮节锥参数设计的新方法

介绍了一种确定准双曲面齿轮节锥的新方法,利用坐标变换和矢量计算建立了关于准双曲面齿轮节锥基本参数的三个方程,通过预设小轮螺旋角,可确定准双曲面齿轮的大小轮的两个节锥,最后给出了一个算例并与格里森的设计进行了对比.     

考虑系统变形的驱动桥准双曲面齿轮啮合效率计算方法

准双曲面齿轮是驱动桥系统的关键零部件之一,常在高速重载工况下工作。由于系统变形大且齿面啮合状态复杂,重载工况下会引起齿面载荷的显著偏载。因此,考虑系统变形对准双曲面齿轮啮合性能的影响具有重要意义。该文针对复杂工况下的驱动桥准双曲面齿轮,提出了考虑系统变形的齿轮啮合效率计算方法。首先,将驱动桥系统简化为多支撑轴系耦合模型,计算不同载荷工况下系统变形引起的齿轮啮合错位量。然后,基于齿轮机床加工参数计算实际齿面,并采用齿轮摩擦加载接触分析(frictional loaded tooth contact analysis,FLTCA)方法求解得到实际运行工况下齿面载荷分布与啮合效率。最后,通过驱动桥台架试验对比不同工况下齿轮副齿面载荷分布和啮合效率。试验结果表明：系统变形对准双曲面齿轮齿面载荷分布具有不可忽略的影响。同时,该试验验证了驱动桥准双曲面齿轮啮合效率计算方法的有效性。     

减小齿轮传动误差波动的渐开线直齿轮廓修形研究

以理论渐开线直齿轮修形减振为目的,分析减小齿轮传动误差波动,啮合齿对齿廓综合修形参数应满足的几何条件;给出恒定设计载荷条件下,保持齿轮传动误差为定值齿廓修形参数的计算方法;动态计算结果表明,用该方法所获得的修形齿轮具有较好的减振效果。     

齿廓修形对渐开线直齿轮设计传递误差的影响

基于齿廓修形原理,建立了齿廓修形数学模型,以弹性变形理论和渐开线形成原理为基础,将轮齿简化为变截面悬臂梁,并且考虑齿轮传动过程中单双齿交替啮合区间随齿形变化的规律,建立了齿廓修形前后齿轮设计传递误差数学模型.为改善齿轮系统刚度激励,以减小齿轮传递误差波动和峰值为目标,修形量、修形起始点和修形曲线为设计变量,建立了齿廓修形优化模型,并采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ进行优化求解.对采煤机摇臂齿轮进行齿廓修形优化设计,并采用定量分析法从时域角度分析了修形量、修形起始点和修形曲线对齿轮设计传递误差的影响.结果表明:适当的修形量可减小设计传递误差波动幅值,当修形量为9μm时齿轮传递误差波动幅值最小;修形起始点可影响设计传递误差峰值,当修形起始点位于单齿啮合最高点时齿轮传递误差峰值最小;抛物线修形齿轮较直线修形齿轮设计传递误差波动更为平缓.     

准双曲面齿轮副台架性能试验

为探明准双曲面齿轮副啮合接触迹走向与齿轮副运转性能的关系,以稳定运转油温和振动加速度均方根值为评价参数,采用定量对比试验研究方法,在机械封闭式齿轮传动实验台上进行了不同接触迹走向的准双曲面齿轮副台架性能试验。试验对象为某微型车的后桥主传动准双曲面齿轮副,实验测试了４对具典型接触迹走向的准双曲面齿轮副在不同工况下的运转质量。结果表明：１）接触迹沿齿长的准双曲面齿轮副具有较好的运转平稳性,且由于啮合轮齿间载荷相对较小,因而润滑条件也得到改善,但当小轮轴上载荷为１７５Ｎｍ时,其润滑状况与其它类型齿轮副差异不大;２）齿轮副的运转平稳性不是载荷的单调函数,且存在一最佳稳定运转载荷。     

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.     

准双曲面齿轮副的加载模型实验

本文采用相似模型实验方法直观地揭示了准双曲面齿轮副的加载啮合机理,分别讨论了齿轮副支承系统变形和轮齿自身变形对啮合的影响规律。其结论是建立该类齿轮副承载啮合性能分析计算方法的基础。     

基于坐标测量的准双曲面齿轮齿形精度控制

建立了表达准双面齿轮齿形精度的几何模型,计算分析了各加工误差独立存在时对准以面齿轮齿形精度影响的主次及相关性,利用齿面坐标测量值诊断齿轮加工参数误差,并确定误差补偿参数及其修正量。齿轮的补偿加工表明本方法可提高齿形加工精度。     

小轮双鼓修形的面齿轮传动啮合特性分析

研究了一种新的面齿轮传动修形方法,即小轮双鼓修形,大轮不修且小轮和大轮产形轮无齿数差。推导了小轮的双鼓修形齿面方程、面齿轮齿面方程;在涉及齿轮副安装误差的条件下,建立了轮齿接触分析模型。啮合性能分析表明:小轮双鼓修形能实现面齿轮副抛物线型的几何传动误差,能控制面齿轮接触路径的分布和走向,降低接触路径对安装误差的敏感性。     

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.     

冷双曲面齿轮和螺旋锥齿轮设计的统一算法

目的 为使准双曲面齿轮和螺旋锥齿轮几何计算方法达到统一。方法分析了这两种锥齿轮几何方法的特点,并定义两个偏置角系数。同时,进行了两种锥齿轮的算例分析。结果 给出了适合于两种锥齿轮几何计算的统一基本公式和迭代方法。结论 这种统一的方法对锥齿轮的标准化、系列化和ＣＡＤ技术的应用具有一定意义。     

基于系统辨识和最优控制的齿轮修形

提出了一种利用动态系统辨识与最优控制理论相结合确定齿轮修形量的方法;在实际工况下,通过实际采集直齿轮传动系统实际动态信号进行系统辨识,然后求取系统的最优控制,将其转换为振动最小的修形量,与已有的试验结果和理论作对比,初步证明了此方法是正确而有效的。     

修形齿轮的最佳修形量和修形长度的确定

建立了齿轮动态分析的数学模型，在齿轮振动模型中考虑了轮齿刚度的变化、齿轮误差和齿廓修形，用数值法求解了振动微分方程式，计算出齿轮动态响应，在动态分析的基础上建立了齿轮动态性能优化数学模型，以齿轮动态性能最优为目标，采用优化设计方法，确定最佳齿廓修形量和修形长度。     

准双曲面齿轮刀具CAD图形处理技术

根据准双曲面齿轮的啮合理论建立了切削准双曲面齿轮的几何模型．介绍了准双曲面齿轮刀具ＣＡＤ的图形处理技术．采用几何体素构造法和变差几何法参数化实体造型来实现模型的快速实时生成，从而提高了运算速度，处理功能和应用的灵活性．     

准双曲面齿轮二阶精确切齿计算的实验研究

在广泛应用的格里森计算程序HGM中,由于存在二阶近似计算误差,难以利用计算结果直接获得良好的齿面接触区,而且接触区的位置、长宽和对角接触现象相互影响,不能单独调节和修正,需较长时间反复调整。本文分析了格里森公式的二阶计算误差,并进行了充分的精确计算的切齿实验。实验证明,在消除了格里森公式的二阶误差后,能直接获得良好的齿而接触区。接触区的位置、长宽和对角接触现象也能方便地调整和修正。     

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。