差曲面拓扑的齿轮啮合刚度计算与承载接触分析

基于齿条-齿轮等切共轭产形原理,构建齿面数值模型、ease-off差齿面,对ease-off蕴含的齿面啮合信息进行解析,获得了齿面接触路径、传动误差、接触线瀑布图;综合ease-off拓扑仿真与轮齿刚度非线性单元耦合解析,给出了修形拓扑齿面的啮合刚度、承载传动误差的计算方法。沿接触路径遍历接触线序列,获得了轮齿时变啮合刚度、承载传动误差与载荷分布图;给出了2阶抛物面对称与对角拓扑两种修形形式算例,求出了系列载荷作用下的啮合刚度、承载传动误差、齿面载荷分布。结果显示:随着载荷的增加,轮齿啮合刚度时变效应明显减弱;承载传动误差波动与啮合刚度、修形梯度密切相关;对角修形在啮合刚度、传动误差、载荷分布特性方面好于对称修形。      

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。      

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。     

航空弧齿锥齿轮低噪声和低安装误差敏感性设计

基于局部综合原理,提出弧齿锥齿轮副的低噪声、低安装误差敏感性设计方法。介绍了基于局部综合原理的弧齿锥齿轮小轮加工参数设计的基本过程,通过预置传动比函数的1阶导数、大轮齿面参考点处接触迹线的切线方向和瞬时接触椭圆的长半轴长度和点接触局部综合公式,求得小轮的加工参数;根据得到的弧齿锥齿轮副的加工参数,进行齿面接触分析,进而获得齿面接触印痕和传动误差曲线;对某型航空弧齿锥齿轮副进行了基于局部综合法的加工参数设计,得到对称抛物线型传动误差曲线和接近于直线的啮合印痕。齿面接触印痕和传动误差曲线有利于降低弧齿锥齿轮副的啮合振动和噪声以及对安装误差的敏感性。     

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。      

Ease-off拓扑修形斜齿轮齿面黏着磨损计算方法

从ease-off差曲面拓扑修形出发，对变位斜齿轮啮合参数进行了解析，获得了齿面接触、运动与力学参数；应用离散接触线有限元，拟赫兹点接触仿真，解决了齿面边缘接触应力集中的求解问题；利用经典摩擦磨损计算模型，快捷求解了齿面瞬时接触线上的动态磨损系数，获得了两齿面磨损量三维分布云图。结果表明：主动轮齿根处磨损量远超齿顶处，从动轮齿顶处磨损略大于齿根处;主动轮啮入区磨损变化剧烈，啮出区磨损均匀，从动轮啮入区与啮出区磨损量无明显差异；抛物线修形，使齿面的磨损向齿宽中部集中，有利于改善齿面的磨损分布。选用合适的变位系数、修形量能够调整齿面的磨损分布，延长齿面的精度寿命。为变位、修形多变量耦合斜齿轮磨损计算、减摩设计提供了理论方法。     

构造拓扑修形齿面的面齿轮传动主动设计

为了改善加工参数较少的面齿轮传动的啮合性能,提出了用给定的啮合性能对面齿轮和小齿轮齿面进行拓扑修形设计的方法.面齿轮用插齿法加工,面齿轮与插齿刀的转角关系由预设的传动误差确定,由此确定面齿轮的拓扑修形齿面.然后用接触路径的位置及其方向和接触椭圆的大小构造小齿轮的拓扑修形齿面,该齿面用共轭点接触法磨齿加工,建立了小齿轮拓扑修形齿面与加工参数之间的线性方程.结果表明:齿面接触分析(TCA)获得的传动误差、接触路径与预设的传动误差、接触路径相同,TCA仿真的椭圆长度与预设椭圆长度相差范围为0.175 2~1.16mm.     

螺旋锥齿轮齿面接触分析改进算法研究

针对现有齿面接触分析(TCA)的不足,提出了螺旋锥齿轮齿面接触分析的改进算法.基于空间曲面啮合原理、Enler-Rodrigues公式以及接触区几何形状的等量关系对齿面接触分析算法进行了改进,通过方程变换,减少了求解接触点位置的非线性方程组维数,由啮合方程求得到初值选取计算公式,使初始值求解有规律可循.以一对弧齿锥齿轮为例,对算法进行了对比分析与验证,结果表明:改进的齿面接触分析算法可减少求解非线性方程组时初值选取的繁复性与增强非线性方程组迭代求解的稳定性;并利用几何等量关系求解接触区几何参数,能避免求解复杂的齿面相对曲率等二阶几何参数.      

基于数值的弧齿锥齿轮齿面啮合点位置分析的拟赫兹法

在已知弧齿锥齿轮齿面网格的条件下,分析了单齿啮合时弧齿锥齿轮齿面弹性变形对轮齿啮合点位置的影响。为此,首先形成一整套刚性齿面啮合点的数值计算方法;然后,采用赫兹接触理论计算齿面弹性变形,确定齿轮轮齿的微小转动及由此引起的啮合点位置的变动。将齿轮因齿面变形而产生微小转角,继而进行齿面啮合分析的过程定义为拟赫兹接触分析。结果表明,齿面弹性变形引起的齿轮轮齿的微小转动对啮合点的最终位置有一定的影响。      

基于预定啮合特性的点啮合齿面设计方法

针对格里森螺旋锥齿轮齿面设计方法无法在整个齿面接触传动过程中有效控制齿面啮合特性的不足,论述一种按预定的啮合特性设计点啮合齿面的理论和方法:啮合齿面的接触迹线上每一点的几何结构按预定的齿面啮合特性要求设计,而与特定的机床结构参数无关.啮合点的二阶接触参数通过弹性齿轮副的载荷-变形效应条件,而不是接触区的位置、大小和形状来设计.实例计算和分析表明本文的点啮合齿面设计方法是格里森齿面设计方法在数控技术条件下的发展和完善.      

弧齿锥齿轮切齿和啮合过程的数字仿真

针对弧齿锥齿轮的切齿和啮合过程,建立了用数字仿真技术研究锥齿轮齿面形成和轮齿啮合过程的方法。在该方法中,将齿面切制时的线共轭条件转化为约束极值问题,据此获得被切齿面的数值模型;将轮齿啮合时的点共轭条件转化为在两齿面上求距离最近的点,并借助齿面数值模型,获得接触印痕和传动误差。用本文方法进行了某航空弧齿锥齿轮的切齿和啮合过程的数字仿真。      

基于圆弧刀廓的端面滚切锥齿轮啮合接触分析

为改善端面滚切法加工的锥齿轮齿面接触质量,基于奥利康锥齿轮全展成加工方法,对直线刀廓圆弧修形及齿面啮合接触分析进行了研究.首先对圆弧刀廓进行了几何设计,推导出了刀齿切削刃方程.在建立锥齿轮端面滚切加工数学模型的基础上,推导出了被加工齿轮理论齿面方程.研究了刀廓圆弧修形对齿面形状的影响,利用数值方法计算出了齿面修形量.建立了考虑安装误差的齿轮副滚检数学模型,推导出了齿面接触分析简化算法.最后对采用圆弧刀廓加工的一对奥利康锥齿轮进行了啮合分析,结果表明,选取合理的圆弧刀廓半径对齿面修形可以降低边缘接触风险,降低对安装误差的敏感性,改善内对角接触,此外还可以实现对两齿面接触区进行独立修正.      

球齿轮传动齿廓接触特性分析

 对球齿轮齿廓进行了接触特性研究。在建立了球齿轮齿廓曲面方程和啮合模型基础上,利用计算机仿真的方法对其进行了齿面接触分析研究。针对球齿轮啮合传动时接触形式表现为轮齿凸面与马鞍面之间的点接触,对啮合齿面的接触椭圆进行了分析计算,确定了接触椭圆的方向和尺寸,得到了球齿轮机构在任一偏摆平面内啮合传动时接触椭圆的变化规律：在轮齿根部和顶部啮合时,接触椭圆较小,因而接触应力较大;而在轮齿中部啮合时,接触椭圆较大,所以接触应力较小。上述结论对进一步研究球齿轮的传动理论与实际应用具有重要的指导意义。     

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.      

安装误差对航空弧齿锥齿轮传动误差曲线的影响分析

传动误差曲线是评价弧齿锥齿轮副动态特性与啮合性能的重要指标,而安装误差又对动态特性与啮合性能产生直接影响。为此,分析了传动误差曲线对各类型安装误差变动的敏感性。依据局部综合法设计得到了齿轮副加工参数,形成弧齿锥齿轮副齿面。计入系统安装误差,通过对轮齿接触分析,得到了传动误差曲线与齿面接触印痕。定量分析了在不同安装误差条件下,传动误差曲线的变化情况,并对航空附件传动系统中的1对弧齿锥齿轮进行了传动误差曲线对安装误差的敏感性分析。结果表明:传动误差曲线对小轮安装距误差更为敏感。     

承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计

为改善航空弧齿锥齿轮的承载啮合性能,结合ease-off技术提出一种波动齿面设计方法以降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差。鉴于中凹型修形曲线（修形齿面的几何传动误差曲线）可极大地减小高重合度弧齿锥齿轮传动的承载传动误差波动幅值,创建一种与高重合度相适应的波动齿面修形模型;结合ease-off技术建立以降低承载传动误差波动幅值为目标的优化模型;通过优化得到具有良好啮合性能的高重合度弧齿锥齿轮。分析发现:优化后2阶传动误差设计弧齿锥齿轮传动的承载传动误差波动幅值降低了34.152%,而由波动齿面设计方法所得改进修形弧齿锥齿轮的承载传动误差进一步降低了61.492%,有效地改善了高重合度弧齿锥齿轮传动性能,为高性能弧齿锥齿轮齿面设计奠定理论基础。