高重合度斜齿轮多齿对啮合的补偿修形设计与分析

为准确计算齿面修形量以降低承载传动误差波动幅值,考虑齿轮传动过程中不同啮合区之间轮齿承载变形的变化规律,提出了高重合度斜齿轮多齿对啮合的补偿修形设计方法。基于标准齿面在设计载荷下的承载传动误差波动幅值大小和方向,预设修形齿面的几何传动误差;通过优化几何传动误差控制齿面修形量大小,实现轮齿不同啮合区的精确补偿修形;建立齿向改进修形齿面模型,以齿条刀具附加转角和齿向修形参数为优化变量,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)基于承载传动误差幅值最小确定齿面最佳修形量。研究结果表明:啮合齿对变化引起不同啮合区之间轮齿承载变形的变化是承载传动误差幅值波动的主要原因;齿面补偿修形后,承载传动误差幅值大幅下降,在设计负载下,承载传动误差幅值几乎降到零;改进修形也能够有效补偿不同啮合区之间轮齿承载变形的差异,同时避免了边缘接触,降低了齿轮副的振动与噪声。     

剃(磨)前齿轮齿廓展成齿形计算方法及参数化设计

剃(磨)前滚刀法向齿形参数直接影响被加工齿轮的齿形。利用平面齿廓法向法的基本原理,推导由剃(磨)前滚刀法向齿形反求工件齿形的计算公式,实现滚刀齿形参数化。通过VB对CAD进行二次开发,改变以往通过手动捕捉包络曲线簇顶点得到展成工件齿形的方法。实现剃(磨)前齿轮展成齿廓齿形的快速自动绘制。由展成结果可直观观察到滚刀参数对工件齿廓形状的影响,在此基础上可选取最优参数,提高设计质量。     

考虑齿向修形与安装误差的圆柱齿轮接触分析

提出一种齿向修形的等半径圆弧鼓形齿面新结构,根据齿向修形原理推导出等半径圆弧鼓形齿面方程,构建含安装误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮渐开线齿的接触分析(TCA)模型,给出TCA算法和算例.TCA计算结果表明:齿轮轴线的中心距误差对这种鼓形齿传动的接触轨迹影响很小,鼓形修形量、鼓形中心与齿宽中点的偏差及齿轮轴线的平行度误差都将对齿轮接触轨迹产生较大影响:通过调整修形参数和安装误差可以精确的预控接触轨迹的位置,这对高性能齿轮传动设计制造有较大参考价值.     

斜齿轮齿面的修形优化设计及分析

为了减小斜齿轮的振动与噪音,提出了一种斜齿轮齿面的修形设计方法.首先,由两段四阶抛物线和一段直线组成齿向修形曲线,齿廓修形曲线则被设计为一高阶抛物线,根据齿轮对的设计重合度来确定高阶抛物线的基本形状;然后,由三次B样条拟合得到修形曲面,通过其与标准齿面的直接叠加来构造高阶修形齿面;最后,结合承载接触分析(LTCA)和智能优化算法建立优化模型,以承载传动误差幅值(ALTE)为优化目标得到最终的齿面修形参数.计算结果表明:随着负载增加,高阶修形曲线上的内凹量逐渐增加;在高、中、低三种负载下,高阶修形都能有效大幅降低ALTE,而传统修形只能在较低负载下大幅降低ALTE.     

滚刀安装角的计算

通过对滚齿加工中滚刀安装角的分析，提出了用标准滚刀滚切标准齿轮、短齿圆柱齿轮及变位齿轮滚刀安装角的公式。并分析了滚刀安装角误差对被加工齿轮齿形精度的影响，经实践验证本公式在提高齿形精度方面取得了预期效果。     

采用NSGA-Ⅱ算法的面齿轮副小轮拓扑修形多目标优化

为合理确定面齿轮副小轮的修形参数,设计了均由2段抛物线与1段直线组成的直齿小轮齿廓和齿向修形曲线,将由三次B样条拟合得到的修形曲面与理论齿面相叠加来构造拓扑修形齿面。采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),结合面齿轮副的几何接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)技术,提出了以修形曲线参数为优化变量,使抛物线几何传动误差曲线两端对称、接触印痕限制在齿宽中部、承载传动误差波动幅值最小的小轮拓扑修形多目标优化设计方法,并编制了相应的Matlab程序。算例表明:优化修形参数后得到了对称的抛物线几何传动误差和位于大轮齿宽中部的接触印痕,并大幅度减小了承载传动误差波动,从而可有效降低安装误差敏感性和齿轮副的振动、噪声。     

基于齿轮修形的汽车变速器齿轮啸叫噪声改善研究

为降低汽车变速器齿轮啸叫噪声,以某变速箱变速器主减速齿轮副为研究对象,借助于Masta仿真软件对齿形和齿向修形进行了仿真研究.通过分析不同修形参数对齿轮传动特性的影响,得到了修形参数对齿轮传动误差和接触应力的影响规律.结果表明:适当的齿顶修缘能有效减小齿轮啮合干涉;适当的齿形鼓形修整能有效改善齿根与齿顶的干涉现象;适当的齿向鼓形修整能有效改善最大接触应力偏载现象;共同产生降低齿轮传动误差和最大齿面接触应力的作用.     

滚齿加工中滚刀的合理使用

在滚齿加工中,滚刀的制造精度、安装误差、重磨误差对齿轮加工精度有很大影响,这就要求我们在滚齿加工中合理地使用滚刀．控制滚刀在滚切齿轮时造成的齿轮加工误差,提高齿轮加工质量。     

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.     

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。     

基于碟形砂轮磨齿的面齿轮齿面主动设计方法

基于局部综合法、双层优化法以及碟形砂轮展成磨削原理,提出面齿轮齿面的主动设计方法。通过砂轮齿廓修形参数的优化获得预设幅值和形状对称的传动误差函数;通过对砂轮的多轴数控运动控制获得预期的齿向修形模式。研究结果表明:该方法使设计人员能够按照要求的传动性能来设计面齿轮齿面的形状,并可在数控磨齿机上进行加工;齿面主动设计能保证面齿轮副的传动误差和接触路径满足预先设计的要求。     

人字齿轮小轮轴向窜动的多目标复合修形优化

为了改善人字齿轮左右齿面载荷不完全对称引起的齿面偏载和振动问题,研究了人字齿轮小轮轴向固定和轴向窜动对齿面载荷分布的影响,提出了一种人字齿轮复合修形设计方法。根据齿面偏载情况,通过齿向补偿修形优化实现左右齿面载荷均匀分布;在齿向补偿修形的基础上,叠加拓扑修形构建复合修形齿面,以承载传动误差幅值最小和齿面闪温最低为优化目标,采用NSGA-II算法确定最佳拓扑修形量。算例结果表明,仅小轮轴向窜动,虽然能使左右斜齿轮副载荷基本相等,但不能完全改善单个斜齿轮齿面偏载的状况。齿向补偿修形后,能够改善每一个斜齿轮齿面的载荷使其均匀分布。复合修形改善了齿面载荷分布,避免了边缘接触,大幅降低了承载传动误差幅值和齿面闪温。     

双重螺旋法齿面分区修形对降低安装误差敏感性的影响

为了降低齿轮副对安装误差的敏感性,将双重螺旋法加工的齿面划分为小端、中间接触区和大端3个区域,并沿啮合线方向对3个区域分别进行抛物线修形,得到修形后的理论齿面;采用有约束最小二乘法求得与修形后理论齿面逼近的修形后实际齿面;通过齿轮承载接触分析(LTCA),得到原始齿面与修形后实际齿面在有安装误差时的齿面接触区、接触应力和齿根弯曲应力。研究结果表明:经过分区修形,正、反车齿面最大接触应力降低,齿面接触应力更加均匀,齿轮副对安装误差的敏感性降低,同时,齿根弯曲应力也有一定程度增大。     

非圆齿轮齿距误差分析研究

根据非圆齿轮滚切加工模型,分别推导了工件转角误差和齿条水平移动量误差作用下非圆齿轮齿距偏差和齿距累积误差的表达式,给出了考虑上述误差影响时非圆齿轮齿距偏差和齿距累积误差的计算方法.分别得到了工件转角误差和齿条水平移动量误差与非圆齿轮齿距偏差和齿距累积误差的关联规律.对椭圆齿轮实例计算表明:工件转角误差和齿条水平移动量误差对最小曲率半径附近的齿距偏差影响最大,所有齿距累积误差和为零,节曲线的等高线可代替节曲线来测量非圆齿轮齿距的齿距角误差.     

拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正

为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、轴向廓形及展成运动,使重磨深度内切削刃误差最小.此外为提高刃磨效率,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的齿面径向位置及冲程总次数.根据切削刃方程,建立2自由度插齿模型;结合插齿齿面误差和给定的目标法向修形面,推导工件的实际插齿目标拓扑修形面,建立基于插齿刀刃形修正参数(砂轮压力角、轴向廓形及展成运动)和插齿运动修正参数(工件转角及插齿中心距)的齿面误差敏感性分析修正模型.通过优化算法求解各参数,实现了拓扑修形齿面插齿修正.     

波齿传动的齿形修形及受力分析

本文在波齿传动内齿轮范成加工原理的基础上,提出对内齿廓进行修形的四种基本修形方式,给出了概括各种修形方式的通用齿形方程式。讨论了采用修形齿廓后波齿传动工作法向间隙的求解及啮合副间作用力的数值解法。文末给出了计算实例。     

斜齿轮齿向修形对承载能力的影响

以某钢厂1580热连轧机减速机斜齿轮为研究对象,建立减速机斜齿轮的Pro/E参数化三维模型,根据斜齿轮啮合原理,对三维模型实现了无干涉装配。利用有限元分析软件,得到啮合齿接触带中心位于不同位置时齿轮的齿根最大弯曲应力和齿面最大接触应力。通过对比不同齿向修形参数下斜齿轮的应力值,确定了最佳齿向修形长度,为硬齿面斜齿轮的设计加工提供有价值的参考。     

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。     

直齿锥齿轮装配误差对齿面接触的影响

在锥齿轮副和传动箱体加工合格的情况下,由于装配时安装距的误差会造成齿面接触不良,根据不同的齿面接触形状和齿侧间隙的变化值,可以判断和计算大小齿轮的安装距误差,从而达到一次准确调整的目的。     

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.