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。      

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。     

第3代新型低碳高合金钢弧齿锥齿轮失效分析

在中央传动调试试验中发生主动弧齿锥齿轮轮齿断裂故障,并连带其他部件产生不同程度损伤。主动弧齿锥齿轮整个圆周的接触印痕偏向小端一侧、靠近齿底,从动弧齿锥齿轮接触印痕分布在小端齿顶部位,印痕已不完整、局部超出工作面。为了排除15Cr₁₄Co₁₂Mo₅Ni₂钢弧齿锥齿轮试验中发生的断裂故障,对齿轮进行宏观检查、断口分析、组织检查、硬度测试、成分分析、啮合印痕仿真分析与验证,确定了故障齿轮断裂的性质和产生原因。结果表明：主动弧齿锥齿轮为高周疲劳断裂,疲劳起源于小端面与齿凸面根部转接棱角部位,与材质与冶金缺陷无关;在工作过程中存在异常咬合是导致该齿轮产生早期疲劳开裂的主要原因。建议优化齿面加工参数,提高齿轮工作过程中的咬合质量,从而避免此类故障再次发生。     

弧齿锥齿轮高精度离散数值齿面啮合分析

基于弧齿锥齿轮齿面3坐标测量网格点数据,采用齿面间距计算的局部坐标法、齿面最小间距计算的流水法、齿面最小间距调整的无约束优化法和高精度齿面逐级加密等离散数值齿面啮合分析技术,得到了离散数值齿面的啮合印痕和传动误差曲线.以发动机传动系统中的1对弧齿锥齿轮为例,验证了数值计算技术的可行性.结果表明:测量齿面数据隅于轮齿范围之内,该技术也可用于检测弧齿锥齿轮加工质量,并为真实齿面加工参数反求和重构提供输入数据.     

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.      

小轮齿面误差与调整参数误差敏感性研究

研究SFT(spiral format tilt)加工法加工的弧齿锥齿轮小轮齿面误差与调整参数误差之间的敏感性关系.给出含刀倾法加工的弧齿锥齿轮齿面模型建立方法,基于齿轮啮合原理建立调整参数误差敏感性分析模型,推导了弧齿锥齿轮小轮的理论齿面方程和误差齿面方程,继而推导了机床调整参数误差作用下的齿面任一点加工误差的解析表达式,并提出了机床调整参数误差对齿面误差的影响系数概念,依此判断各项机床调整参数误差对齿面误差的影响程度.通过理论齿面和误差齿面的比较,确定了各项机床调整参数误差作用下的全齿面法向误差的变化规律.由解析法和数值法求解共同确定了弧齿锥齿轮加工过程中对齿面误差影响较大的调整参数误差项.研究结果可为弧齿锥齿轮齿面误差补偿修正提供理论依据和实践指导.      

弧齿锥齿轮印痕稳定性优化设计与试验

为了改善弧齿锥齿轮印痕的稳定性,提出了印痕敏感性系数的优化设计方法.首先,参数化齿面印痕,并分析等效错位量对印痕参数的影响;定义了印痕参数相对于错位量的敏感性系数,建立基于印痕面积和印痕水平位置的敏感性系数之和最小的数学模型,优化小轮机床调整参数,获得具有稳定印痕的齿面.算例的仿真结果表明:在一定的错位量范围内,优化后齿面印痕的敏感性系数之和减小了,改善了印痕的敏感性;印痕发展试验验证了齿面印痕在实际工况下的稳定性.      

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。     

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。     

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。      

弧齿锥齿轮误差敏感性优化设计

从齿面结构上提出了通过优化差曲面全曲率来改善弧齿锥齿轮的安装误差敏感性问题的方法.推导了啮合点处沿齿线方向的两啮合齿面全曲率作为敏感性系数,分析了局部综合参数和参考点位置参数对参考点处的敏感系数的影响.提出了通过优化传动比一阶导数、接触迹线方向、二阶变性系数和三阶变性系数,获得对安装误差敏感性低的小轮加工参数.算例表明:优化后的齿轮副在啮合过程中的敏感性系数控制在较小范围之内,传动误差的幅值和对称性均满足设计要求,改善了齿轮副的啮合质量.      

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。      

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.     

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。     

基于共轭齿面修正的航空弧齿锥齿轮高阶传动误差齿面拓扑结构设计

根据高阶传动误差和齿面印痕的设计需求,提出基于共轭齿面修正的齿面设计方法.采用与大轮齿面完全共轭的小轮齿面为基准面,根据预设的高阶传动误差对齿面进行一次修正;在此基础上根据接触印痕的需求对齿面进行两次修正,通过对全齿面几何形状的精确控制实现高阶传动误差和齿面印痕的精确控制.算例结果表明,传动误差为6阶曲线,幅值为3.1″,接触迹线与根锥的夹角接近25°.通过数字化滚检方法分析,结果显示:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触椭圆可以得到精确控制.这种基于共轭齿面修正的齿面设计方法可推广应用于其他齿轮副的设计.     

非零变位弧齿锥齿轮的切齿设计与分析

借助于局部综合法,研究了非零变位弧齿锥齿轮的切齿设计。通过变位系数的选择,改善了齿面结构,提高了弧齿锥齿轮的承载能力;由局部综合法,利用二阶接触参数的可预控性,从而优化弧齿锥齿轮的啮合性能。从分圆型变位齿轮与Gleason轮坯计算所得齿轮之间的比较可以看出,由于节锥不变,轮坯外形尺寸不变,通过变位,齿根厚度增加,且在相同的大轮负荷力矩下,变位齿轮的最大拉伸应力、最大压缩应力和最大接触应力明显降低。