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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.     

基于刀具法向基准的奥利康准双曲面齿轮精确建模与验证

基于奥利康制准双曲面齿轮切齿原理和加工方法,分析了三面刀刀头的结构和安装位置,提出了基于刀具NS(neutral surface)平面法向基准下刀盘数学模型的建立方法。在此基础上,推导了奥利康制准双曲面齿轮的加工机床坐标系,建立了成形法大轮和展成法小轮的齿面数学模型,整理了一套基于三面刀盘奥利康制准双曲面齿轮精确化建模流程。通过齿面模型得到的数学齿面与通过KIMOS软件得到的45点齿面进行对比和实际接触印痕与理论接触印痕对比两种方法进行齿面验证。结果表明:大小轮推导齿面与实际齿面齿线和几何形貌基本一致,小大轮齿面基本重合;小轮凹面最大误差位于小端偏齿顶处,其值为0.007 5 mm,大轮凸面最大为0.002 3 mm;KIMOS计算的理论轮齿接触分析(TCA)、轮齿承载接触分析(LTCA)印痕与有限元计算印痕的位置方向基本一致,验证了齿面的正确性。     

基于砂轮姿态优化的修形齿轮成形磨削刀路规划

为了解决传统的双齿面成形磨削斜齿轮"修形扭曲"现象,提出一种基于调整砂轮姿态的修形齿轮成形磨削刀路规划方法。从成形磨削的本质出发,对斜齿轮的齿向修形齿面进行了数学建模分析,求解并得到砂轮与工件之间的瞬时接触曲线;由砂轮廓形的逆包络法包络出修形齿面,对瞬时接触线包络出的修形齿面与理论齿面进行误差分析,讨论了砂轮姿态与修形误差之间的关系,得到调整砂轮安装偏转角可减小修形误差的结论,同时,配合对砂轮刀具路径的规划,基于修形齿面最小误差平方和法对砂轮姿态和刀具路径进行了优化;通过计算实例对该方法进行了验证,仿真结果表明,此方法可有效地消除节圆处的修形误差,并可进一步降低啮合区域的修形误差。     

等基圆锥齿轮齿面接触分析

从等基圆锥齿轮成形原理出发,对齿面几何结构进行全面分析,研究齿轮齿线特性,建立等基圆锥的齿轮齿线方程.通过空间啮合原理,分析等基圆锥齿轮副啮合的过程,编写齿面接触分析程序(TCA);通过刀具设计和齿向俢形,改善齿面几何拓扑结构,实现齿面鼓形修正;以齿向和齿廓修形方式为基础,变换不同修形参数,分析对齿面几何传动误差和齿面接触印痕的影响,从而完善等基圆锥齿轮齿面接触分析的理论基础.     

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。     

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.     

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。     

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.