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.      

一种弧齿锥齿轮传动性能优化方法

 以期望的传动误差曲线为目标,首次提出了弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的泛变性(GMR)方法,它是对局部综合法的一种改进。首先讨论了齿面接触印痕和传动误差曲线的计算方法,并在传统局部综合法基础上提出了泛变性局部综合法,给出了该方法的理论基础即局部综合公式和齿面接触方程,接着分析了对弧齿锥齿轮传动性能尤其是传动误差影响最大的两个加工参数即小轮切削速比和三阶变性系数的变化规律,最后对某具体航空弧齿锥齿轮副的传动误差曲线和齿面接触印痕进行了泛变性优化设计。结果表明：当小轮切削速比取0621 9且三阶变性系数取-0021 99时,轮齿接触分析(TCA)实际传动误差曲线比较对称且与期望曲线较好地吻合,而齿面接触印痕几乎没有变化,由此证明泛变性法对传动性能控制的有效性和稳定性。该研究工作对于航空齿轮传动系统具有重要的实际意义。     

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。     

基于传动误差设计的弧齿锥齿轮啮合分析

 提出了基于传动误差设计的弧齿锥齿轮啮合质量控制的新概念。首先分析了传动误差所反映的弧齿锥齿轮传动的动态特性、强度性能等众多信息,包括设计重合度、实际重合度、振动激励、边缘接触、载荷齿间分配和齿面印痕相对于误差的敏感性。在此基础上,提出了高重合度传动误差曲线的设计,通过齿面接触路径方向的倾斜,重合度能够高至 2.0～ 3.0,有效地改善了齿轮动态特性,提高了强度。进一步又提出了几何传动误差曲线幅值的设计,结合承载传动误差,使齿轮在不同载荷条件下既能具有高的重合度,又保证了相对低的误差敏感性。其后提出的四阶传动误差曲线的设计,除上述优点外,还改进了齿轮的轻载振动和噪声。最后论述了基于传动误差设计的弧齿锥齿轮的相应制造方法。该研究为高性能弧齿锥齿轮的开发开辟了途径。     

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。     

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。     

弹性支承下弧齿锥齿轮齿面接触特性的理论与实验研究

航空发动机采用弹性支承后,转子弹性变形会造成主传动弧齿锥齿轮相对位置的变化,从而影响齿面接触性能。针对某型涡喷发动机转子系统,分析求解了弹性支承下齿轮安装处的变形,并将其等效地转化为齿轮副间的安装距偏差,在此基础上,完成了弧齿锥齿轮齿面接触特性分析。在转子系统模拟试验台上,对发动机主传动锥齿轮接触性能进行了实验研究。分析与实验结果同时表明支承刚度对齿面接触区和传动误差皆有很大影响。     

齿轮轮齿接触分析的分解算法

提出了齿轮轮齿接触分析算法——分解算法。传统的轮齿接触分析方法求啮合点时需要求解含5个非线性方程的方程组，求解性差；齿面接触和边缘接触的数学模型不同，需要分别进行求解，求解过程复杂。轮齿接触分析算法——分解算法，提出了瞬时共轭啮合线的概念，可有效分离传动误差，得到啮合点、瞬时接触线，求啮合点时非线性方程的个数由5个减少为2个。分解算法建立的数学模型也适用于边缘接触分析，算法简单、有效、适应性强。以一对弧齿锥齿轮为例, 对比分析了传统方法和分解算法, 结果表明: 齿面部分的印痕是一致的，传动误差幅值相差0.3″；边缘接触部分的印痕存在少许差异。      

基于齿顶结构设计的面齿轮接触性能优化

针对面齿轮传动系统存在边缘接触的问题，通过对面齿轮齿顶进行倒圆和削顶优化设计，改善面齿轮传动系统的接触 性能。利用有限元软件建立了含齿顶倒圆和削顶的面齿轮仿真分析模型，对传动系统进行准静态接触分析，研究了齿顶倒圆和削 顶对面齿轮传动系统啮合力、接触区域以及齿面最大接触应力的影响规律。结果表明：齿顶倒圆可以明显地改善面齿轮系统的边 缘接触并降低接触应力，但倒圆半径的增大会降低面齿轮的重合度，降低系统的承载能力，研究对象中面齿轮齿顶进行0.20倍模 数的倒圆较为合适。齿顶削顶可以降低面齿轮系统质量，但较大的削顶角度会恶化面齿轮接触性能，使齿轮副产生应力集中，从 而使齿轮接触应力增大，研究对象中面齿轮削顶角度为97.5°时较为合适。     

预置接触区长度系数的Spirac切齿调整计算方法

基于参考点处瞬时接触椭圆大体决定接触区长度的方法,提出一种切齿调整计算方法.根据奥利康刀倾半展成法(Spirac)切齿原理,建立摆线齿准双曲面齿轮的数学模型,得到了大轮齿面参考点处瞬时接触椭圆参数;在满足参考点位置、压力角和螺旋角的基础上,将刀倾角也作为迭代变量,并将接触区长度系数等于预置值作为新增的迭代条件,迭代求解切齿调整参数.最后以一对摆线齿准双曲面齿轮副为例,对比该方法与Spirac切齿调整计算结果,验证了该方法的准确性,并对不同预置接触区长度系数得到的齿面进行齿面接触分析.结果表明,该方法解决了反复调整刀倾角的问题,并通过精确控制大轮齿面接触区长度系数等于设计值,实现了对大轮齿面接触区长度的预控.     

全工序法弧齿锥齿轮加工参数计算方法

分析弧齿锥齿轮刀盘的结构特征与切齿运动特点,提出三个参考点的设置方法。以大轮采用展成法,小轮采用螺旋展成法加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,提出了全工序法大轮加工参数的简化计算方法。总结螺旋锥齿轮的一般啮合规律,结合参考点设置方法,利用Free-Form型机床的柔性运动控制特征,建立了小轮的切齿控制优化模型,获得一组最优化的加工参数。以此计算方法开发了设计软件,基于国产全数控锥齿轮加工装备,以一对准双曲面齿轮为算例进行了网络化闭环制造,试验结果显示:齿轮副传动误差幅值达13.2″,两齿面接触区均位于齿面中部、呈内对角,验证了方法的正确性,有效解决了全工序法加工弧齿锥齿轮时双面接触特征同步调整困难的行业难题。      

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性动力学研究

通过引入理想传动的概念,首次给出了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮啮合力和阻尼力的表示方法,同时也给出了多对齿啮合条件下啮合力和阻尼力产生的扭矩在不同啮合区域内的表示方法,并在此基础上,建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性系统动力学方程。      

Design and analysis of spiral bevel gears with seventh-order function of transmission error

This paper proposes a new approach to mial function of transmission error （TE） for spiral design and implement a seventh-order polyno- bevel gears with an aim to reduce the running vibration and noise of gear drive and improve the loaded distribution of the tooth. Based on the constraint conditions of predesigned seventh-order polynomial function curve and the theory of linear algebra, the polynomial coefficients of the seventh-order polynomial function of transmission error can be obtained. By applying a method named reverse tooth contact analysis, the modified roll coefficients as well as parts of machine-tool settings for the face-milling of spiral bevel gears can be individually determined. Therefore, a predesigned seventh-order polynomial function of transmission error for spiral bevel gears can be obtained by the modified roll with high-order coef- ficients, and comparisons of the seventh-order polynomial and parabolic functions of transmission error are also performed. The achievement of spiral bevel gears with the seventh-order function of transmission error can be accomplished on a universal Cartesian-type hypoid gear generator or a numerically controlled cradle-style hypoid gear generator due to its simple generating motion of axes of the cradle and the work piece. The results of a numerical example show that the bending stresses of the tooth of seventh-order are less than those of a parabolic one, while the contact stresses remain almost eouivalent.     

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。      

弧齿锥齿轮啮合迹方向角的主动设计方法

为了实现弧齿锥齿轮设计规定的啮合迹方向,以局部综合法为基础,结合轮齿接触分析技术和无约束优化方法,进行弧齿锥齿轮啮合迹方向角的主动设计,给出了1种实现齿面参考点处啮合迹目标方向角的设计方法。通过1对弧齿锥齿轮的实例演示,论证了该方法对弧齿锥齿轮啮合迹方向角进行主动设计的可行性。结果表明:局部综合法中的输入啮合迹方向角必须小于旋转轴平面中规定的角度;在调整啮合迹方向角的过程中,传动误差曲线没有发生畸变。     

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。      

弧齿锥齿轮波动共振条件分析

应用弹性理论和波动理论, 推出旋转盘形弧齿锥齿轮波动响应的模态解, 重点讨论了啮合力F对齿轮波动共振的影响。给出了弧齿锥齿轮波动共振的条件。      

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.