直齿面齿轮修形及承载接触分析

提出了直齿面齿轮副齿廓修形的设计方法.通过对齿条刀具的直廓失配修形,获得了类似抛物线型的传动误差.建立了直齿面齿轮副轮齿接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)的计算模型.啮合性能分析表明:齿廓修形能够使直齿面齿轮接触路径发生倾斜从而增大齿面有效重合度,还能避免边缘接触、改善齿面载荷分布与承载传动误差、提高传动的稳定性.      

斜齿面齿轮几何传动误差的设计

主要对沿齿高方向修形的斜齿面齿轮副几何传动误差进行了设计.为了避免边缘接触,提高面齿轮传动的连续性和稳定性,采用了一种沿齿高方向曲线修形的面齿轮副齿面结构,对仅有小轮齿面修形的面齿轮副和大、小轮齿面均修形的面齿轮副的几何传动误差进行了设计比较.结果表明,仅小轮沿齿高方向曲线修形的斜齿面齿轮副传动误差为非对称的抛物线,装配误差影响传动误差幅值;沿齿高方向两轮均修形的面齿轮副,恰当的设计齿条刀具抛物线修形因数a₁,a_s和抛物线顶点的位置参数u₀,不论是否对准安装,几何传动误差均为连续的对称抛物线型.      

成形法加工的弧线齿面齿轮几何接触分析

研究了成形法加工的弧线齿面齿轮齿面接触分析及齿面修形.弧线产形齿条是由具有一定刀倾角的刀盘形成,用其推导展成加工的弧线齿圆柱齿轮和成形法加工的弧线齿面齿轮齿面方程,同时通过刀具抛物线齿廓对大轮齿面进行修形;在此基础上,建立了包括考虑安装误差在内的弧线齿面齿轮齿面接触分析(TCA)模型;最后通过算例的啮合性能分析,表明对大轮齿面修形可降低传动误差幅值和获得较好传动误差曲线,且该类传动装置对安装误差敏感性较低.      

面齿轮副啮合性能预控方法及试验

为了提高面齿轮副的啮合性能,根据面齿轮的磨削加工过程和配对圆柱齿轮的三维拓扑修形原理,推导了面齿轮副的三维拓扑修形齿面方程,分析了5种修形因数对面齿轮副啮合性能的影响,提出了通过优化修形因数实现面齿轮副啮合性能的预控,通过试验验证了三维拓扑修形理论的正确性.研究结果表明:齿廓修形因数是主要的预控参变量,对接触区域沿齿高方向的宽度有明显影响.齿向修形抛物线因数影响接触区沿齿长方向宽度,两者取值的不同能显著影响接触迹线的倾斜程度和接触区域的形状和面积.通过齿面三维拓扑修形,能有效预控齿面的接触区域和传动误差,降低面齿轮副对安装误差的敏感性.     

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.      

基于数控切齿的弧线齿面齿轮啮合特性研究

研究了弧线齿面齿轮的数控切齿及其啮合特性.基于假想产形齿轮的概念,同时考虑了刀具法向截面的修形,推导弧线齿面齿轮的齿面方程;以坐标变换为工具,建立其机床加工模型,确定各运动轴的多项式表达式;在此基础上,建立了考虑安装误差的弧线齿面齿轮副接触分析模型.计算结果表明:通过面齿轮的齿面修形,可以降低啮合转换点处的传动误差幅值,并获得较好的传动误差曲线.      

直齿锥齿轮低安装误差敏感性设计与实验验证

未修形直齿锥齿轮啮合时为线接触,为减小两齿面啮合对安装误差敏感性,对主动轮齿面采用鼓形修形,改变刨刀运动轨迹进行齿向抛物线修形、改变瞬时滚比进行齿廓修形,从而实现两齿面点接触啮合.为进一步降低安装误差的敏感性,以齿廓、齿向修形系数为优化变量,减小接触迹线上啮合点的差曲面高斯曲率波动,同时增大参考点的差曲面高斯曲率值,降低安装误差敏感性;为避免齿面接触应力过大,控制参考点的差曲面主曲率,保证瞬时接触椭圆的长度不小于齿宽的1/3.算例分析及加工和滚检实验显示:经过优化设计后的修形齿面安装误差敏感性较低,总轴向错位量和总轴向分离量分别达到法向模数的30%,齿面印痕仍具有较好的稳定性.      

小轮双向修形参数对面齿轮副啮合性能的影响

提出了面齿轮传动副小轮双向修形方法,推导了修形小轮及面齿轮齿面方程,建立了考虑安装误差的传动啮合方程,研究了局部共轭面齿轮副的啮合特性.算例分析表明:通过对小轮双向修形,可以获得开口向下的抛物线传动误差,改变双向修形参数值能控制接触路径的走向和传动误差的幅值.该方法能实现对面齿轮副局部共轭啮合特性的预控,对避免面齿轮副传动的边缘接触,抑制其啮合振动、噪声具有重要的理论意义.      

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.     

弧齿锥齿轮低敏感性修形

为了改善航空弧齿锥齿轮的啮合稳定性,提出了齿面低敏感性修形.基于齿面误差和误差敏感性矩阵,建立齿面误差修正模型,用广义逆矩阵的最小二乘法求解超越方程组,获得机床调整参数的修正量;对齿面进行3段抛物线修形,将修形后的齿面作为目标齿面,采用齿面误差修正的方法求得相应的机床调整 参数;仿真算例表明:经过低敏感性修形,降低了齿面印痕的误差敏感性、提高了齿轮副的容差范围,但齿根弯曲强度下降了4.28%.因此,通过合理选择齿面修形系数,可降低齿根强度的变化,改善齿轮副啮合稳定性.      

人字齿轮修形优化设计

针对齿廓修形的特点,小轮齿廓采用三段修形.通过改变刀具切削刃的形状,以三段抛物线代替齿条的直线齿廓,推导出了刀具齿面方程.建立了人字齿轮啮合的坐标关系,进而提出了人字齿轮齿接触分析和承载接触分析的方法.以承载传动误差最小为目标函数,采用复形调优法进行优化,可以获得最佳修形优化参数.通过实例表明,在不考虑安装误差情况下优化后的结果与未优化相比仍可以明显降低轴线误差对承载传动误差的影响.最后,给出了小轮齿廓修形量的计算方法.      

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。      

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。      

基于传动性能和垂直轮位的弧齿锥齿轮齿面设计

根据齿面印痕的位置、方向及传动误差幅值的要求,在齿面上设计三个啮合点,通过对这三个啮合点的控制,达到对齿面啮合质量的全程控制.为了满足不同的加工要求,在此基础上,按照给定的垂直轮位的值对小轮加工参数进行再设计,保证传动误差的幅值不变且接触迹线仅有较小的改变.最后分别用该方法和美国Gleason公司的软件设计一对齿轮,并进行齿面印痕、传动误差和齿面对比,两种设计是基本一致的.      

人字齿轮承载接触分析与试验

根据人字齿轮均载传动的特点,提出了人字齿轮承载接触分析的方法.首先,通过有限元法计算得到齿面柔度矩阵和轴变形产生的附加柔度矩阵,将两者叠加获得人字齿轮系统的齿面法向柔度矩阵.其次,将有限元、柔度矩阵、数学规划和齿轮(一般为小轮)的轴向移动结合在一起,计算得到人字齿轮副的承载啮合过程.最后,以一对试验人字齿轮为例,通过对齿面轻载印痕和承载传动误差的比较,结果验证了所提出的人字齿轮承载接触分析方法的正确性.      

修形斜齿轮的轮齿接触分析

应用Litvin最近的齿轮啮合理论,推导了修形斜齿轮的齿面接触与边缘接触的全部计算过程,能够对修形斜齿轮的齿面展成和具有不同误差及修形的斜齿轮接触过程进行计算机仿真。还以刀具齿廓修形和CNC机床修形为例,讨论了齿面修形对改善齿轮传动性能的作用,以及相应的修形设计方法。