航空弧齿锥齿轮承载传动误差的分析与设计

在计算时变啮合刚度的基础上,推导了承载传动误差简化计算公式,并与有限元计算方法进行了比较,表明两种计算方法得到的承载传动误差的幅值、形状及一阶频谱幅值随重合度的变化趋势基本一致.根据承载传动误差简化公式定性的分析了负载扭矩与实际重合度的关系、承载传动误差的变化规律、齿面印痕和几何传动误差对承载传动误差的影响.最后根据分析结果,提出基于承载传动误差的齿面优化设计的优化策略,优化变量为接触迹线的角度、几何传动误差的幅值,优化目标为承载传动误差在较宽的负载范围内波动最小.      

调整参数误差对齿面接触质量的影响

从齿面接触分析(Toothcontactanalysis,TCA)内含的啮合信息分析机床调整参数误差对齿面接触质量的影响,研究机床调整参数误差与螺旋锥齿轮齿面接触分析之间的关联规律.以SGM(螺旋锥齿轮,大轮展成法,小轮变性法加工)调整卡加工的弧齿锥齿轮副为研究对象,分析得到各个调整参数误差引起的齿面接触质量的变化规律.在此基础上,确定对齿面接触质量有较大影响的机床调整参数.      

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.      

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.     

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.      

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.      

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.      

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.      

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.      

弧齿锥齿轮功率分流传动系统建模与承载特性分析

针对齿轮功率分流的平行轴传动,星型传动和行星传动形式,提出了一种新型交叉轴传动形式的弧齿锥齿轮功率分流传动系统并介绍了其构成及工作状态.在此基础上,计算了系统各齿轮副的传递功率,分析了系统在各安装误差作用下的功率分流情况.研究表明,在输入齿轮、其相对的输出齿轮的轴交角误差或其相邻的输出齿轮的轴向误差单独影响下,系统主承载齿轮副传递的功率减小,可大大提高系统承载能力,并有利于功率分流均载;系统各齿轮都具有安装误差时,各齿轮副承载情况受误差累加或相反作用的影响.      

弧齿锥齿轮齿根弯曲应力分析

运用自主开发的弧齿锥齿轮设计分析系统建立齿轮的轮齿网格模型, 并将模型数据变换后导入ANSYS软件中, 经过装配和结构扩展进行轮齿的接触分析, 最后得到了多齿对接触情况下, 齿根弯曲应力的分布和及其变化规律.利用所建立的弧齿锥齿轮的轮齿模型比采用Matlab、CAD软件(如I-DEAS or Pro-Engineer)得到模型更为准确.      

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.      

弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的半变性法

以预置的传动误差曲线为目标,提出了弧齿锥齿轮传动误差曲线优化的半变性法.以局部综合原理为基础,先初步确定小轮加工参数并进行齿面接触分析(TCA),将结果曲线与预置曲线对比后,再微调切削速比和三阶变性系数以缩小两者之间的差距.采用半变性法对某航空弧齿锥齿轮副的传动误差曲线进行了优化,研究发现:切削速比与传动误差曲线开口大小有关,三阶变性系数与传动误差曲线整体歪斜程度有关.优化后的传动误差曲线与预置曲线吻合度较好,且接触印痕满足设计要求,证明了半变性法的有效性.      

切削参数对弧齿锥齿轮齿面平均残余高度的影响

基于弧齿锥齿轮展成加工原理,推导了各数控（NC）轴运动表达式,研究刀盘转速、数控轴联动速度和单步插补角度等参数对齿面平均残留高度的影响规律,建立了两者之间的耦合关系,在此基础上完成了切齿验证试验。结果表明:在降低齿面平均残留高度方面,刀片旋转切削速度的改变影响很小,数控轴联动移动速度的影响略有增加,单步插补度数的影响最为显著,实验结果和理论分析结果一致,验证了本文理论的正确性。      

弹流润滑螺旋锥齿轮热摩擦行为分析

针对直升机主减速器中的高速重载螺旋锥齿轮,建立了点接触热弹流润滑分析数学模型,包括Reynolds方程、能量方程和膜厚方程等,采用数值方法求解弹流润滑状态下的齿面摩擦因数.模型中考虑了润滑油黏度和密度随压力、温度的变化,并通过轮齿承载接触分析(LTCA)获得齿面真实载荷和卷吸速度、相对滑动速度等运动学变量.基于真实齿面点建立了螺旋锥齿轮单齿模型,考虑滑动摩擦生热和不同表面上的热边界条件,通过有限元稳态热分析和瞬态热分析得到了轮齿本体温度场和接触点瞬时闪温,并与现有文献和算例齿轮台架试验结果进行对比.      

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。      

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.     

混合弹流润滑下弧齿锥齿轮齿面闪温研究

在布洛克闪温公式的基础上,计算了混合弹流润滑下的齿面平均摩擦因数,提高了公式的计算精度.结合弧齿锥齿轮几何与承载接触分析,通过计算沿齿面啮合点的曲率半径和切向速度,提出了实际润滑状态下沿接触路径的闪温公式.经算例分析表明,弧齿锥齿轮闪温的最大值位于啮入轨迹的中部,随着接触路径的倾斜度和长度的增加,实际重合度增大,啮合点处的载荷减小,闪温的最大值明显减小,其胶合承载能力显著提高.      

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...     

螺旋锥齿轮啮合刚度及参数振动稳定性研究

准确计算时变啮合刚度是齿轮系统动力学研究的基础.针对航空高速重载螺旋锥齿轮,基于轮齿接触分析(TCA)和轮齿加载接触分析(LTCA)通过计算瞬时接触点的轮齿变形柔度建立了时变啮合刚度数值模型;将齿轮时变啮合刚度在一个啮合周期内视为逐段线性,基于Floquet理论推导了含时变刚度参数振动系统的状态转换矩阵解析式;通过修正小轮机床调整参数设计三种接触情况,分析了算例齿轮在相同载荷工况下的接触轨迹、传动误差、重合度和时变啮合刚度;采用二自由度齿轮系统动力学模型考察工作转速范围内的周期运动不稳定区间,分析了时变啮合刚度对螺旋锥齿轮系统参数振动稳定性的影响.