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。     

基于载荷当量安装误差的面齿轮振动特性

以面齿轮传动系统为研究对象,考虑载荷作用下面齿轮传动系统中支撑结构变形和轮齿弹性变形,通过将传动系统变形等效到面齿轮和直齿轮安装误差方向,建立包含当量安装误差的面齿轮多自由度耦合振动分析模型;采用4阶Runge-Kutta法求解了面齿轮传动系统运动微分方程,得到了当量安装误差对面齿轮振动加速度和法向动态啮合力的影响;开展了面齿轮动态特性测试试验,试验结果表明:偏置距误差和轴交角误差引起的面齿轮沿x方向振动加速度大于沿z方向振动加速度;偏置距误差对面齿轮x方向振动加速度的影响大于轴交角误差。      

弧线齿面齿轮应力过程分析

为了给弧线齿面齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度设计提供理论依据,研究了弧线齿面齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力随载荷和安装误差的变化规律.在齿面接触分析和承载接触分析的基础上应用弹性理论计算了弧线齿面齿轮副的齿面接触应力和应用有限元应力影响矩阵法计算了该齿轮副的齿根弯曲应力.给出了数字计算实例,计算结果表明:齿面接触强度和齿根弯曲强度在重载时的接触强度和弯曲强度由单齿啮合区的强度决定,轴向安装误差和轴夹角安装误差分别会增加齿面接触应力和齿根弯曲应力,轴夹角安装误差和轴间距安装误差对齿面接触应力影响甚小,而轴向安装误差和轴间距安装误差可以降低齿根弯曲应力,与直齿面齿轮相比,弧线齿面齿轮的接触和弯曲应力明显减小.      

齿面点蚀对航空螺旋锥齿轮副啮合特性影响分析

螺旋锥齿轮作为航空减速器的重要传动零件,具有耐久性、高强度、高效率、高平稳性的特点。而齿面点蚀作为螺旋锥齿轮的主要失效形式之一,明确其对齿轮副啮合特性的影响,对分析系统故障状态下的运动特性和提高航空传动系统的可靠性具有重要意义。本文以刀倾半展成法加工的螺旋锥齿轮副为对象,基于承载接触分析技术（LTCA）,研究了不同工况下齿面不同位置点蚀对齿轮副时变啮合特性的影响规律。结果表明,与健康齿轮相比,点蚀位置接触应力有所下降,点蚀区附近齿面接触应力显著增大。齿面啮合至点蚀位置时,齿轮副传动误差增大。点蚀越靠近啮合区边缘,对传动误差的影响越小。点蚀位于啮合中心区域时,载荷越大,点蚀对传动误差的影响越小,但影响范围越广。相关结论为螺旋锥齿轮副点蚀故障状态下传动特性分析以及航空器可靠性研究提供了支持。     

基于响应面法齿轮啮合传动可靠性灵敏度分析

建立三维参数化齿轮啮合有限元模型,利用ANSYS软件对其进行仿真计算,得到齿轮啮合的接触应力变化规律.基于响应面方法综合考虑齿轮各参数的原始制造误差以及转速、载荷等不同工况对齿轮传动的影响,对齿轮啮合传动进行多次随机虚拟试验,得出其可靠度,并以定量的概率给出各参数的可靠性灵敏度.计算结果得出了各个参数原始制造误差对齿轮...     

螺旋锥齿轮安装误差敏感性与容差性研究

研究含刀倾法和变性法加工的螺旋锥齿轮齿面通用模型建立方法, 提出安装误差敏感性和容差性概念, 建立安装误差敏感性和容差性分析模型, 以包含安装误差的齿面接触分析方法为工具, 根据实际的齿轮副参数, 获得安装误差对接触质量的影响规律和保证接触质量的误差极限值.分析与实例计算表明:安装误差敏感性和容差性模型建立了安装误差与螺旋锥齿轮齿轮接触质量和安装工艺参数之间的联系, 为提高螺旋锥齿轮齿轮制造质量和制定科学的安装工艺参数提供了理论指导.      

大功率弧齿锥齿轮设计技术研究

采用自行开发的弧齿锥齿轮加载分析专用程序,对大功率弧齿锥齿轮设计技术进行了研究。分析了轮齿承载后的齿面接触区的大小和位置,计算了齿根弯曲应力和齿面接触应力,并对齿轮振动特性、齿轮系的振动噪声和齿轮啸叫进行了研究。研究成果为航空发动机弧齿锥齿轮的设计、制造、强度计算和动力学分析提供了理论基础,并有效提高了发动机传动系统的可靠性。     

功率四分支齿轮传动系统的固有特性与动载系数

建立了功率四分支齿轮传动系统动力学模型,基于轴单元法建立了单根转子的振动方程,依据齿轮啮合矩阵实现各转子振动方程的耦合,形成了传动系统的动力学方程,依据动力学方程求解了系统的固有频率和固有振型,得出了在给定转速下系统需进行越界阻尼设计以确保稳定工作的结论;然后分析了不同传动误差下齿轮动载系数变化情况.结果表明:传动误差对功率四分支齿轮传动系统的动载系数有比较明显的影响,随着传动误差的增加系统动载系数也增大,特别在高速级齿轮上表现更加显著.该分析方法和结论为四分支齿轮传动系统的动态优化设计奠定了基础.      

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.      

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.      

斜齿面齿轮齿面仿真及其轮齿接触分析

建立了斜齿面齿轮的加工和传动坐标系,推导了斜齿小齿轮和面齿轮的齿面方程,对面齿轮进行数值仿真并实现了齿面可视化;进行了斜齿面齿轮传动的轮齿接触分析,计算了斜齿面齿轮不同安装误差下的啮合轨迹和传动误差,并对不同旋向下的面齿轮齿面和啮合轨迹进行了对比,研究了通过轴向安装位移调整啮合轨迹的方法.      

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。     

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。      

基于剃齿啮合传动特性的剃齿刀优化设计

针对剃齿齿形“中凹”误差问题,构建了剃齿啮合分析模型,研究不同重合度对剃齿啮合传动特性的影响,以此提出一种剃齿刀优化设计方法。通过剃齿试验得出不同重合度的剃齿啮合传动特性对齿形“中凹”误差的影响规律,从而验证剃齿刀优化设计方法的正确性。结果表明 :适当的增大重合度能一定程度上减小剃齿啮合传动误差和瞬时传动比的曲线幅值,但继续增大会导致曲线局部振荡,使得传动更加不平稳,形成明显的齿形“中凹”误差;不同重合度的剃齿啮合状态引起的接触变形才是影响剃齿传动性能的主要因素;剃齿啮合传动性能越好,工件齿轮形状偏差及总偏差也越小;基于剃齿啮合传动特性的剃齿刀优化设计能有效地减小齿形“中凹”误差。      

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.     

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.     

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.     

GTF发动机行星齿轮传动系统设计技术研究

行星齿轮传动系统作为齿轮驱动风扇(Geared Turbofan,GTF)发动机的关键部件,其传动功率大、空间结构紧凑、工作条件恶劣。为突破该部件设计关键技术,并为国内GTF发动机结构设计积累经验,在GTF发动机齿轮传动系统概念设计的基础上,开展了其初步设计,对齿轮进行疲劳强度分析;采用齿轮宏观参数优化和微观修形设计方法,提高齿轮承载能力,减小传递误差,改善齿轮接触区应力分布,提高齿轮传动系统的运动平稳性。     

用球形滚刀滚切面齿轮的理论误差

提出了利用现有球形滚刀与改造滚齿机加工面齿轮的方案.推导了球形滚刀基本蜗杆螺旋面方程,建立了滚切面齿轮的坐标系统.通过对成形误差曲面的研究发现用现有球形滚刀加工面齿轮的理论造形误差很小,且远小于插齿成形误差.轮齿接触分析表明滚切得到的面齿轮与标准圆柱齿轮啮合轨迹的位置及方向与理论啮合轨迹基本一致,而滚切得到的面齿轮副传动误差为有利的抛物线形.该文的研究为面齿轮的加工找到了新方法,并为球形滚刀开辟了新用途.