弧线齿面齿轮齿面几何设计及径向齿宽特性

为适应航空领域对面齿轮传动的设计要求，综合弧线齿圆柱齿轮、面齿轮传动的各项优点，提出了弧线齿面齿轮齿面设计并研究了其径向齿宽特性。以端面渐开线齿廓弧线齿圆柱齿轮作为产形齿轮通过包络成形建立面齿轮齿面数学模型；结合齿面方程在MATLAB中进行齿面可视化分析，并通过MATLAB软件的数值计算和CATIA软件的复杂曲面造型实现面齿轮的参数化建模；确立内端根切、外端顶尖对径向有效齿宽的限制条件，计算面齿轮的径向有效齿宽，分析刀具齿轮的齿线圆弧半径和坐标系位置参数对径向有效齿宽的影响。研究表明:当增大齿线的圆弧半径，面齿轮的内径减小，外径、径向有效齿宽均增大；当增大坐标系位置参数，面齿轮的内径、外径均增大，径向有效齿宽减小。      

圆弧端齿联轴器定位机理研究

为了获得圆弧端齿联轴器定位精度设计和评估方法，对圆弧端齿联轴器定位机理进行了理论研究。阐述了圆弧端齿联轴器采用的弹性平均定位法及其定位原理，分析了常见的弹性平均结构设计误区，指出了影响弹性平均定位效果的关键因素。通过对圆弧端齿齿面受力分析，揭示了齿面结构参数对定心效果的影响机理，提出了齿面结构参数满足定心要求的必要条件，并根据圆弧端齿联轴器结构特点，构建了定位结构超静定系统力学模型。利用超静定系统平衡方程，结合变形协调条件，推导了圆弧端齿联轴器轴向偏差和同心偏差计算方法，并给出了定位偏差计算算例。结果表明，装配力和弹性补偿是弹性平均定位的关键要素，定位结构应保证接触面在装配力的作用下可以产生有效弹性补偿；联轴器轴向偏差和同心偏差受单齿刚度影响，随着刚度弱化的相邻齿数增加，轴向偏差变化率有逐渐增大趋势。     

基于NURBS的弧齿锥齿轮真实齿面的数字化仿真

针对已加工航空弧齿锥齿轮的齿面质量检验,提出用高精度数字化齿面的TCA(tooth contact analysis)仿真代替传统的滚检的方法.参照Gleason公司弧齿锥齿轮的齿面测量标准,在三坐标检测机上测得一对弧齿锥齿轮齿面上离散型值点坐标,完成双三次NURBS(非均匀有理B样条)曲面拟合,得到数字化齿面;依据空间啮合理论对数字化齿面进行齿面接触分析,并与滚检实验结果进行比较,验证了该方法的正确性及可行性.      

基于等距Ease-off曲面的轮齿啮合仿真分析

提出了一种基于Ease-off曲面等距变换的轮齿啮合仿真分析方法. 利用曲面曲挠参数，给出了2阶密切曲面的定义及其拓扑方法；在2阶微分精度范围内，密切曲面与原曲面贴近，可以代替散曲面做几何解析. 利用空间坐标变换，建立了弧齿锥齿轮加工的啮合方程和通用产成模型. 基于啮合等距对应原理，求解齿面对应点的离差；利用最小二乘法，拓扑散曲面，构建Ease-off差齿面的2阶密切曲面. 基于Ease-off密切曲面参数，利用齿面接触的等距线、渐近方向，解析出齿面接触位形、接触路径、传动误差等啮合性能参数. 分析结果表明:一次性构建Ease-off的2阶密切曲面，能够获得轮齿完备的啮合信息，曲面拓扑精度可到达0.1μm；与现行的啮合仿真方法相比易于齿面反求、数值计算，啮合信息的获得也更为便捷.      

基于曲率修正的弧齿锥齿轮齿面设计

针对弧齿锥齿轮小轮齿面复杂,加工参数调整计算繁琐,根据小轮切齿加工数学模型,构建与小轮齿面具有相对传动关系的共轭大轮齿面。以完全共轭大轮为基准面,提出一种大轮差齿面曲率修正构建方法。对差齿面和完全共轭齿面叠加后得到的大轮目标齿面进行离散齿面接触分析,结果显示,采用临界干涉法可有效判断啮合状态,真实获得离散齿面的啮合印痕和传动误差曲线。弧齿锥齿轮的滚检试验结果表明,利用齿面曲率修正的方法对完全共轭大轮进行Ease-off二阶修形设计,得到的接触区位置和啮合迹线方向符合满足预定的传动性能。设计的目标齿面可以作为弧齿锥齿轮大轮精密锻造的标准齿面,避免了小轮齿面加工参数的二次调整计算。     

弧齿锥齿轮齿面拓扑修形及加工参数计算

为了能够实现对齿面啮合性能的灵活控制，针对弧齿锥齿轮小轮提出一种齿面拓扑修形方法，即借助二阶曲面对齿面偏差拓扑的近似表达，将齿面拓扑修形分解为5个方向:螺旋角修正、压力角修正、齿长曲率修正、齿廓曲率修正及齿面挠率修正，通过改变5个方向的修形系数对小轮齿面拓扑结构进行自由控制。在此基础上，建立齿面偏差与机床加工参数之间的修正数学模型，通过构建敏感性矩阵并采用最小二乘法求解，反求出获得修形齿面的小轮加工参数，以便指导加工。以一对弧齿锥齿轮副为例进行修形啮合分析，仿真结果表明:选取齿长曲率修形系数为0.0001，齿廓曲率修形系数为0.0005，齿面挠率修形系数为0.0003，对齿面进行拓扑修形后传动误差幅值为-25.60″，接触迹线倾斜角度变为54.7°，相比原始结果啮合性能得到改善。滚检接触区与理论仿真结果一致，验证了修形方法的有效性。      

基于曲面包络逼近原理的点啮合齿面整体设计方法

基于曲面活动标架理论,提出了点啮合齿面整体设计的曲面包络逼近方法:以第一齿面包络特征线为样条曲线,以第二齿面沿接触点迹线的齿面局部结构作为曲面插值条件,通过第一齿面运动不变量描述的运动变换,构造完全由第一齿面的运动不变量描述的第一齿面共轭运动空间作为第二齿面整体优化设计空间,确保齿面设计方法的可全局优化性和可加工性。根据点啮合齿面加载接触实验数据,以空载啮合时两齿面间隙作为预测和控制重载情况下的接触区形状和大小的设计目标参数,建立点啮合齿面整体优化设计的变分不等式模型。与以往点啮合齿面设计和齿面接触分析(TCA)方法相比,该齿面设计方法摆脱了以往齿面接触分析(TCA)中以特定机床加工参数作为齿面重构参数而给齿面优化设计带来的不必要的限制,能在满足预定的加载的啮合特性要求的同时,确保齿面能用盘铣刀通过多轴联动数控加工方法以展成法加工。仿真实例计算和分析表明:本齿面设计方法能形成完整的弧齿锥齿轮齿面,该齿面在满载啮合时,重合度达到2.122,传动误差幅值降低至0.063°,具有优良的加载啮合特性。      

弧齿锥齿轮齿面曲率干涉判断方法与实验验证

提出一种基于齿面拓扑结构的齿面曲率干涉判断方法,通过构造两齿面拓扑偏差判断齿面曲率干涉.这种方法不仅可以直观地判断是否发生齿面曲率干涉,而且可以对其实际啮合位置进行预判.对一对弧齿锥齿轮齿面曲率干涉进行了计算,分析结果显示小轮工作面大端、小端和齿顶曲率干涉,齿面印痕应位于大端和小端,小轮非工作面齿顶曲率干涉.在数控铣齿机加工该弧齿锥齿轮副并检测齿面印痕,工作面齿面印痕位于小轮大端和小端,非工作面小轮齿顶出现了齿顶接触的现象,检测结果与该方法预判结果一致.      

航空弧齿锥齿轮齿面坐标测量的数据处理

 针对复杂的航空弧齿锥齿轮齿面的误差测量，利用无转台、无专用软件系统的常规的三坐标测量仪，基于微分几何和空间啮合理论，准确地表达了理论齿面，高效处理了齿面测量数据，精确地反映了齿面的加工误差、加工变形、安装误差等因素综合产生的齿面误差，为制造高精度的航空弧齿锥齿轮提供了有效的手段。以两对航空弧齿锥齿轮为例，分别对专用格里森软件计算得到的齿面数据和常规的三坐标测量仪实测的齿面数据进行了数据处理，验证了本文方法的有效性和可行性。     

弧齿锥齿轮齿面优化修正及计算机仿真

由于加工误差和热处理变形等因素的影响 ,实际弧齿锥齿轮齿面啮合质量通常与“轮齿接触分析”(TCA)所得的理论结果有所差异。本文提出了基于最小二乘法的加工参数识别方法和齿面优化修正方法 ,经计算机仿真验证 ,修正后的齿面与原设计的齿面 ,具有非常近似的 TCA结果。     

航空齿轮磨削加工安装偏心误差补偿研究

磨齿加工时齿坯几何中心与回转工作台轴心存在安装偏心误差,降低了磨齿加工精度。以数控成型砂轮磨齿机工作原理为基础,建立偏心误差磨削加工几何模型;提出安装偏心误差补偿法,建立偏心误差补偿数学模型,通过数学模型求出磨削砂轮在X、Y两个方向的进给补偿增量;以YK73125数控成型砂轮磨齿机为例,进行安装偏心误差补偿实验,齿轮的左右齿面单个齿距极限偏差绝对值分别减小了0.9μm和1.6μm,齿距累积总偏差绝对值分别减小了49.6μm和43.3μm。结果表明:安装偏心误差与单个齿距偏差和齿距累积总偏差成正比;采用安装偏心误差补偿进行磨齿加工,有效地减小了单个齿距偏差和齿距累积总偏差,齿轮的精度有所提高。     

渐开线碟形砂轮磨削面齿轮数控加工研究

为进行面齿轮数控精密加工,提出了一种渐开线碟形砂轮磨削面齿轮加工方法.根据面齿轮成形过程及磨削加工原理,推导了渐开线碟形砂轮磨削面齿轮齿面方程,进行了面齿轮磨削加工机床设计,给出了基于机床结构的面齿轮磨削加工方法,进行了磨削加工过程中的啮合点刀位计算;借助VERICUT软件进行了面齿轮数控磨削加工仿真,最后进行了面齿轮磨削加工试验,通过对面齿轮齿面进行检测,得到齿面偏差最大值为-10.1~12.1μm,结果验证了渐开线碟形砂轮磨削加工面齿轮方法的正确性.      

Precise modeling of arc tooth face-gear with transition curve

A fabrication method is adopted for which an imaginary gear simultaneously realizes conjugated meshing with an arc tooth cylindrical gear and an arc tooth face-gear. The cutter fillet and tooth crest edge form the tooth root fillet of the gear, and the linear tooth surface equation of the imaginary gear and the position vector of the curvature center of the cutter fillet arc constructed with certain cutter inclination to deduce a working arc tooth surface equation. The tooth root fillet equation of the arc tooth face-gear is derived from the meshing geometry and kinematics. A numer- ically controlled machining model of the arc tooth face-gear is established through the transforma- tion of adjustment parameters from the cutter-tilt milling machine to a common multi-axis NC machine. Motion parameters of each movement axis of the NC machine are acquired. A processing example is presented to verify the precision of the fabrication method in processing the arc tooth face-gear. The method provides a theoretical and tentative basis for the analysis of tooth surface contact stress, tooth root bending stress and dynamics. A hobbing test is conducted to demonstrate the good meshing condition of the arc tooth face-gear pair.     

An approach for machining distortion measurements and evaluation of thin-walled blades with small datum

Inspection techniques for aero-engine blades are a hot topic in industry. Since these blades have a sculptured surface and a small datum, measurement results may deviate from an actual position. There are few proper approaches compensating for non-uniform distribution errors that are within specified tolerance ranges. This study aimed to develop a meshing structure measur-ing approach for the distortion of blades via non-contact optical 3D scanning. A rough measure-ment and a registration procedure are initially adopted to rectify the coordinate system of a blade, which avoids the initial coordinate system errors caused by the small datum. A measurement path with meshing structure is then unfolded on the blade surface. For non-uniform distribution errors, the meshing structure measurement is more visual and clear than the traditional constant height curves method. All measuring points take only 7 min to complete, and the distribution of error is directly and accurately presented by the meshing structure. This study provides a basis for future research on distortion control and error compensation.     

航空面齿轮磨削碟形砂轮修整方法及误差分析

根据面齿轮专用磨齿机的机械结构,提出了偏置曲线修整方法,设计了砂轮修整装置,并运用VERICUT软件进行修整加工仿真.推导了含各类修整误差情况下面齿轮的齿面方程表达式,并运用MATLAB软件生成了齿面误差云图,为修整过程的误差补偿提供了理论参考.最后进行了磨削及检测试验,将检测结果与误差云图对比,分析可能产生这种误差的原因,并在修整过程中进行误差补偿,使齿面最大法向误差值减少了31.14%,面齿轮齿形精度得到了提高.      

弧线齿面齿轮齿面接触分析

为了提高面齿轮副的强度并解决其磨齿问题,提出了弧线齿面齿轮副的一种新的加工方法,并研究其啮合特性.用有刀倾的刀盘旋转而成的切削面作为假想齿轮的齿面,模拟产形齿轮和被加工齿轮啮合过程.推导弧线齿面齿轮副齿面方程;根据两齿面在啮合过程中连续相切条件.建立了考虑安装误差的轮齿接触分析(TCA)模型;齿轮副计算机啮合仿真结果表...     

盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的原理及齿面求解

为了实现等基圆锥齿轮的高速、高效加工,基于等基圆锥齿轮理论,分析了盘形铣刀加工等基圆锥齿轮的可行性,建立了盘形铣刀数学模型、盘形铣刀加工坐标系,分析并确立了各坐标系间的转换关系.通过刀具曲面与齿面在共轭接触点处啮合方程的建立及求解,得到了盘形铣刀加工的等基圆齿面表达式.对盘形铣刀加工理论下的等基圆锥齿轮齿面与理论等基圆齿面进行了分析比较,进行了盘形铣刀的仿真加工.结果表明:通过盘形铣刀截形、盘形铣刀加工运动中的回转角度、倾斜角度及倾斜中心点的合理设计,盘形铣刀加工而成的实际齿面与理论齿面的接近程度达到工程要求,使用盘形铣刀可以加工等基圆锥齿轮.