准双曲面齿轮螺旋变性半展成法加工调整方法

针对大轮和小轮加工刀盘轴线不平行造成接触区成对角接触及调整修正复杂的问题,提出了一种新的加工方法——螺旋变性半展成法,研究了螺旋变性半展成法的加工原理、切齿方法和曲率修正方法,建立了准双曲面齿轮副的切齿模型．给出了机床调整关系式．最后利用齿面接触分析对实例进行了验证,结果表明：采用螺旋变性半展成法加工准双曲面齿轮副时,大轮和小轮刀盘轴线互相平行,从本质上避免了接触区出现对角接触的现象,降低了调整修正过程的复杂程度．     

内啮合双圆弧摆线锥齿轮齿面建模与啮合特性仿真

针对斜航线式双圆弧内啮合锥齿轮副齿面难以高效加工的问题,提出一种端面滚切加工外锥齿轮,进而基于外锥齿轮的平面产形轮产成内锥齿轮的齿面设计方法.首先,以双圆弧齿形作为切削刀刃的基本齿廓,基于端面滚切方法建立双圆弧锥齿轮的平面产形轮.其次,根据平面产形轮与双圆弧内、外锥齿轮的展成运动关系,建立内、外锥齿轮的齿面方程.再次,通过精确求解齿面数据生成齿面"点云",建立双圆弧锥齿轮副三维实体模型.最后,运用ANSYS仿真内啮合双圆弧锥齿轮副的啮合特性.实验结果表明:基于本方法生成的内啮合双圆弧锥齿轮工作齿面接触良好,可以实现正确啮合传动.当前研究可为内啮合双圆弧锥齿轮的高效加工提供理论依据.     

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。     

双圆弧弧齿锥齿轮啮合分析

本文从弧齿锥齿轮加工原理出发,阐述了分阶式双圆弧等高齿弧齿锥齿轮副共轭齿面的形成原理,推导了该种齿形锥齿轮的啮合方程、接触线方程、啮合面方程以及具有通用形式的齿面方程,并分析了产形轮齿面曲率分布状况。     

弧齿锥齿轮小轮无刀倾切齿齿面修正方法

为了在无刀倾铣齿机上实现弧齿锥齿轮刀倾法小轮的等效加工,提出了一种基于齿面等效失配的小轮无刀倾切齿齿面修正方法。在建立弧齿锥齿轮共轭啮合数学模型的基础上,研究了齿面失配图的构建方法。通过比较小轮刀倾角为0°的齿面失配图与目标齿面失配图,计算出小轮误差齿面与目标齿面之间的偏差,采用最小二乘法对小轮加工参数进行了修正,实现了小轮误差齿面向目标齿面的逼近。以一对弧齿锥齿轮为例,进行了小轮无刀倾切齿参数的修正转化和啮合仿真。仿真结果与滚检结果一致,验证了本文方法的有效性。     

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.     

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.     

圆弧等高齿弧齿锥齿轮的设计与性能分析

为了改善齿轮副的对角接触现象,将常规弧齿锥齿轮的渐缩齿改为等高齿齿形,采用0号刀齿铣齿,从理论上避免对角接触。基于齿轮的局部啮合原理、齿面接触分析(TCA)技术和承载齿面接触分析(LTCA)技术,对相同条件下等高齿设计与常规齿轮设计的实际接触区、载荷及应力应变进行了分析。分析与加工试验结果表明:理论与实际接触区位置基本相同,所受力的大小以及应力分布也基本相同。与传统的齿轮设计相比,等高齿弧齿锥齿轮设计保证了齿轮强度、齿轮啮合质量,使其接触区规范且易于调整,有利于提高加工效率。     

小轮双鼓修形的面齿轮接触分析及试验

针对正交面齿轮中大轮不修形且小轮和大轮产形轮无齿数差,提出了小轮双鼓修形的方法,推导了小轮的双鼓修形齿面方程,进行了接触分析。完成了大轮面齿轮插齿加工,小轮双鼓修形磨削以及面齿轮副配对滚检试验。小轮双鼓修形后齿轮副接触印痕位于轮齿中部,传动误差呈抛物线型,啮合噪声明显降低。证明了小轮双鼓修形的理论方法。     

基于刀具齿廓修形的弧齿锥齿轮齿面设计

为避免表面研磨弧齿锥齿轮在重载情况下发生边缘接触,改善齿面应力分布,用弧线刃刀具替换展成齿轮齿面的直线刃刀具.首先,基于刀具的几何结构建立新型刀具的数学模型,并建立了切削刃锥面;然后,基于非齐次坐标变换建立弧齿锥齿轮在数控机床上的加工方法并获得理想齿面;最后,以face-milled弧齿锥齿轮工作面为例,对基于直线刃刀具和新型弧线刃刀具加工所得的齿轮副进行几何齿接触分析(TCA)和有限元分析(FEA).研究结果表明,提出的刀具齿廓修形方法能够明显改善face-milled弧齿锥齿轮的啮合性能.     

点啮合齿面三阶接触分析的进一步探讨——V/H 检验法的理论

本文分析了点啮合锥齿轮副的两已知齿面在作V/H 检验时,V 和H 的移动量与大轮齿面上的接触斑点中心沿齿长方向的移动距离s 之比,以及大、小轮齿面上的接触迹线方向,大轮相对于小轮的瞬时角加速度及大轮齿面上瞬时接触区的倾角和主轴长度相对于s 的变化率,并给出了全部用显式表达的计算公式.根据所得参数,可对Gleason 制曲线齿锥齿轮的接触特性对加工和安装误差及受载变形的敏感性作出定量的判断.     

螺旋锥齿轮四轴联动数控两刀法加工

国内普遍采用五刀法加工Gleason制的螺旋锥齿轮副,需要5道工序才能完成大轮和小轮的粗精切,机床生产效率低、调整时间长．为此,针对国产四轴联动数控铣齿机提出了两刀法加工原理,使用双面刀盘并利用刀盘中心的轨迹运动完成对小轮凸面的精加工．通过改变刀位的方法实现设计要求的齿长曲率,以达到较好的接触情况,并建立了螺旋锥齿轮两刀法数字化加工模型．最后分别利用齿面接触分析（TCA）和实验,与格里森单面刀盘五刀法加工进行对比,结果表明：两刀法减少了加工工序,加工时间可节约40％;虽然改变了小轮内刀直径,但可以灵活方便地通过轨迹运动实现齿长曲率,得到较好的接触情况．实验得到的齿面接触区与TCA分析结果基本相同．     

基于更新Kriging模型的双重螺旋法加工齿面的重构方法

针对双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮采用常用样条曲线重构误差较大、影响啮合仿真精度的问题,基于更新Kriging模型提出一种提高齿面重构精度的方法。根据双重螺旋法成型原理,推导大、小轮齿面方程,由此提取出小轮齿面的型值点,并对其归一化,然后基于高斯核的Kriging模型进行重构,以复相关系数为约束条件,评判重构结果、更新样本点集,通过循环Kriging模型得到控制顶点,最后通过蒙面法重构齿面。以双重螺旋法加工的螺旋锥齿轮小轮齿面为例,比较基于更新Kriging模型的重构方法与常用样条曲线所建模型的重构精度。研究结果表明:更新Kriging模型提高了齿面重构精度。     

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。     

等高齿弧齿锥齿轮的三维精确建模与加工试验

基于格里森制弧齿锥齿轮,运用局部综合法与轮齿接触分析(TCA)技术,研究等高齿弧齿锥齿轮的几何设计、加工参数设计和刀盘参数。通过UG软件,建立该齿轮的三维精确模型,对大、小轮模型进行运动仿真,模拟齿面的接触区情况。该等高齿设计的弧齿锥齿轮,在加工时只需采用0号刀盘,简化了选刀过程,避免了对角接触。此外,该等高齿设计的弧齿锥齿轮能够进行磨齿加工。在GH35铣齿机上进行铣齿试验,试验结果表明:该等高齿接触区规范,易于调整,提高了加工效率。     

螺旋锥齿轮切齿调整参数的精确反调

针对螺旋锥齿轮齿形误差难以精确修正的问题,在国产3906型齿轮测量中心上,采用坐标测量法获得了螺旋锥齿轮的齿面形状;提出进行齿深控制的锥齿轮测量齿面切齿调整参数非线性最小二乘优化反调方法,并建立了反调优化的数学模型;采用该方法对磨齿后的某弧齿锥齿轮小轮进行反调计算,结果表明该方法能较为精确地获取锥齿轮副的切齿调整参数.     

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.     

弧齿锥齿轮四阶传动误差的设计

为获得给定设计重合度和实际载荷工况下传动误差的不同啮合转换点幅值和最小波动量,提出了小轮采用变性法加工的弧齿锥齿轮四阶传动误差设计方法.通过改变接触迹线方向和参考点位置来获得齿轮副预置重合度和啮合位置对称;预置四阶传动误差的表达式,由逆轮齿接触分析(TCA)方法获得相应的高阶变性系数.算例分析结果表明:调整滚比多项式的前四项系数,可以获得不同啮合转换点幅值的四阶传动误差,并对承载传动误差的波动量及所对应的载荷产生影响;四阶传动误差是通过控制齿面相对修形量来实现的.     

准双曲面齿轮啮合原理及其在刀倾半展成加工中的应用

研究准双曲面齿轮的啮合原理是制订它的加工方法的基础。本文根据“二阶曲面展成”的理论分析了准双曲面齿轮传动的一些重要问题,主要是共轭齿面的诱导法曲率及接触线方向角,同时分析了在刀倾半展成法加工准双曲面齿轮副时运用这些原理确定原始产形轮及实用产形轮参数的方法.     

弧齿锥齿轮数控展成运动轨迹规划方法

基于弧齿锥齿轮的数控加工原理,根据产形轮和工件齿轮之间的展成运动,建立了可用于确定数控加工相关参数的弧齿锥齿轮齿面的数控展成数学模型,并论述了切齿加工需要满足的接触条件,在此基础上提出弧齿锥齿轮数控加工的轨迹规划方法,进而将该方法应用于自主研制的弧齿锥齿轮数控铣齿机中.对所提出的展成模型和轨迹规划方法的应用实例研究表明,该轨迹规划方法切实可行、有效,可用于弧齿锥齿轮的数控切齿加工控制.