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.     

等基圆锥齿轮的齿面几何与修形分析

以数控加工理论为基础,阐述了等基圆锥齿轮的基本原理,提出了指状铣刀仿形加工等基圆曲线齿锥齿轮的齿线和齿廓修形方法;确定了加工等基圆锥齿轮的指状铣刀的设计原则和设计参数;导出了计入齿线和齿廓修形的齿面方程和齿根过渡曲面方程·等基圆锥齿轮的齿线是一条特殊曲线,其凹凸方向与传统曲线齿锥齿轮齿线的凹凸方向相反,必须采用数控方法加工;通过铣刀廓线修形可实现齿轮齿廓修形,沿理论齿线的法向移动刀具可实现齿线修形;通过齿线和齿廓组合修形实现齿面修形·为齿面曲率分析、啮合分析及强度计算奠定了基础·     

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.     

混合弹流润滑修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗

针对斜齿轮修形设计中齿面摩擦功率损耗的问题,研究了斜齿轮齿廓修形、齿向修形和拓扑修形方法,基于齿轮接触分析和齿面承载接触分析提出了修形齿轮齿面摩擦功率损耗及混合弹流润滑条件下修形齿轮摩擦系数计算方法。对齿廓修形、齿向修形及拓扑修形斜齿轮修形参数与齿面摩擦功率损耗的关系进行了仿真,结果表明:对于齿廓修形,修形量对功率耗损影响较小,而且齿廓修形功率耗损波动较小,对传动有利;对于齿向四阶修形曲线,修形长度变化对功率损耗影响较大,而且齿向修形长度增大后功率耗损波动增大,对传动不利;与单纯齿向修形相比,修形长度较大时拓扑修形下功率损耗波动量减小,对传动有利。     

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。     

一种新的直齿轮复合修形设计方法

以直齿轮齿廓修形量、齿廓修形高度、齿廓修形幂指数、齿向修形量这4个基本参数为变量,取动态传递误差峰峰值、最大接触应力加权最小为优化目标,使用有限元方法计算接触应力;考虑轴承、轴、陀螺力等因素的影响,使用有限元节点法计算动态传递误差,以Kriging方法为优化方法,构建一种新的直齿轮复合修形设计方法,并通过一对实际齿轮传动来验证计算模型。研究结果表明:用所提出的方法优化后得到齿轮动态传递误差峰峰值相对于优化前降低75.98%,最大接触应力降低21.48%,这表明所提出的复合修形优化方法对齿轮修形设计具有参考与应用价值。     

混合弹流润滑修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗

研究修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗对实现其良好的综合性能具有重要意义。本文研究了斜齿轮齿廓修形、齿向修形和拓扑修形方法,基于齿轮接触分析和齿面承载接触分析提出了修形齿轮齿面摩擦功率损耗及混合弹流润滑条件下修形齿轮摩擦系数计算方法。对齿廓修形、齿向修形及拓扑修形斜齿轮修形参数与齿面摩擦功率损耗的关系进行了仿真。仿真结果表明:对于齿廓修形来说,修形量对功率耗损影响较小,而且齿廓修形功率耗损波动较小,对传动有利;对于齿向四阶修形曲线来说,修形长度变化对功率损耗影响较大,而且齿向修形长度增大后功率耗损波动增大,对传动不利;与单纯齿向修形相比,修形长度较大时拓扑修形下功率损耗波动量减小,对传动有利。     

混合弹流润滑修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗

研究修形斜齿轮齿面摩擦功率损耗对实现其良好的综合性能具有重要意义。本文研究了斜齿轮齿廓修形、齿向修形和拓扑修形方法,基于齿轮接触分析和齿面承载接触分析提出了修形齿轮齿面摩擦功率损耗及混合弹流润滑条件下修形齿轮摩擦系数计算方法。对齿廓修形、齿向修形及拓扑修形斜齿轮修形参数与齿面摩擦功率损耗的关系进行了仿真。仿真结果表明:对于齿廓修形来说,修形量对功率耗损影响较小,而且齿廓修形功率耗损波动较小,对传动有利;对于齿向四阶修形曲线来说,修形长度变化对功率损耗影响较大,而且齿向修形长度增大后功率耗损波动增大,对传动不利;与单纯齿向修形相比,修形长度较大时拓扑修形下功率损耗波动量减小,对传动有利。     

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis, TCA)。结果表明：设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。     

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.     

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。     

SS8-Ⅱ型机车牵引齿轮的修形降噪设计

介绍了低噪声齿轮的设计方法和准则。在分析齿轮修形原理、基本参数的确定及修形方案设计的基础上,以SS8-Ⅱ型准高速客运电力机车齿轮传动为研究实例,对其进行了齿廓修形和齿向修形设计;并通过噪声检测,发现在同样条件下,修形后的驱动装置噪声的A声级可降低6~10 dB,实现较好的降噪效果。研究将对建立修形要素与振动噪声之间的直接映射关联,探寻齿轮振动噪声的最优控制策略具有重要意义。     

基于AutoCAD的直齿锥齿轮三维建模及其传动动态仿真研究

将计算机辅助设计CAD及运动学仿真用于机械零件的设计,建立机械零件模型并进行仿真。不仅可以提高设计速度、设计质量,而且有益于促进微机械设计学方面的研究。本文就直齿锥齿轮的计算机辅助设计CAD及其传动运动学仿真问题进行了研究,在AutoCAD和3DMAX基础上进行二次开发,综合了AutoCAD建模精确性和3DMAX动画仿真的优点,实现了直齿锥齿轮的设计、图形绘制、实体建模、直齿锥齿轮轮系的装配及驱动和仿真。在样机制造之前,在计算机上就可以实现样机的建模、运动仿真,直观地观察到设计的效果。对于降低设计成本,缩短设计时间,提高设计质量和效率,对于拓展微机械设计、仿真领域内的研究都有一定的意义。     

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。     

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.     

齿轮轮齿参数化系列化建模

结合机械传动零件制作实例介绍了使用三维CAD软件SolidWorks进行标准渐开线直齿圆柱齿轮的参数化系列化对齿轮轮齿建模的方法。     

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PRO/E4.0下减速器锥齿轮参数化建模设计

介绍了在PRO/E野火版4.0环境下,如何运用其三维参数化建模设计功能,实现减速器直齿锥齿轮的参数化建模设计流程,并且通过对齿轮的相关参数进行修改,实现同类齿轮中不同模数、齿数齿轮模型的快速造型,提高了设计效率.     

修形圆柱齿轮啮合刚度计算公式

基于CAD/CAE工具与方法,提出一种基于有限元软件定量计算修形齿轮啮合刚度、重合度等性能参数的计算方法,通过数值计算结果阐明修形齿轮修形量与啮合刚度等等定量关联规律。基于有限元准静态分析和齿轮啮合刚度计算原理给出修形齿轮啮合刚度计算公式,解决修形齿轮动力学研究中的刚度计算问题,给出微米级齿轮修形参数对轮齿啮合刚度的影响规律。研究结果表明:利用该计算方法所得结果与FE软件计算结果相吻合,为科学、合理地选择与评价齿轮修形参数提供一种解决方法,为高性能齿轮设计提供参考。