螺旋锥齿轮动态互研的机理与试验

揭示了螺旋锥齿轮动态互研、误差均化的机理。建立了螺旋锥齿轮研齿过程的动力学模型，求出了动态研磨力的大小。动态研磨力在螺旋锥齿轮研磨中起着切削与均化误差的作用，研齿材料移除首先发生在齿面尖点、高点与齿对转换点，从而使齿面光滑滚动特性得到改善，齿对转换趋于平稳。对齿轮副研磨前后轮齿精度与动态啮合性能进行了对比试验，结果表明，研磨后轮齿齿形与齿距精度有所提高，动态性能明显改善。     

超声激励下弧齿锥齿轮研齿系统动态研磨力分析

在综合考虑超声激励和齿面几何传动误差激励的情况下，建立了有间隙的两自由度周向振动的弧齿锥齿轮研齿动力学模型，得到了齿面间动态研磨力的计算公式。通过算例分析表明，与普通研齿效果对比，超声激励增大了齿面间的动态研磨力，使齿面在啮合过程中出现了碰撞，当超声激励振幅值为16．5N·m时，超声研齿系统由周期运动进入到混沌状态。     

摆线齿锥齿轮齿面修形仿真及高阶传动误差设计

以全展成法加工的摆线齿锥齿轮为研究对象,以获得中部较平坦的高阶传动误差曲线为目标,提出了一种齿廓修形方法,即将刀廓曲线设计为四阶曲线,而不改变切齿过程中产形运动关系,在传统的机械摇台式机床上即可实现齿廓修形.利用优化算法对修形齿面进行了数值计算,并进行了齿面修形数值仿真.在建立摆线齿锥齿轮啮合数学模型的基础上,对修形齿面进行了齿面接触分析.算例分析表明,通过合理选取各阶修形系数可以获得高阶传动误差曲线和所需的齿面接触印痕.与传统的抛物线形状传动误差相比,高阶传动误差曲线幅值小,转换点处两切线夹角大,能有效减少齿轮副在轻载运行下的振动和冲击、降低噪声.     

相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响

为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能,研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理,通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置,采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析,得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明,螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力,验证了有限元分析结果。     

超声研齿不灵敏性振动切削机理与实验

提出了超声研磨螺旋锥齿轮的理论与方法。分析了超声研齿不灵敏性振动切削机理。超声振动使研磨切削抗力减小,动态啮合精度提高,因此,使研磨效率与齿面质量得到相应提高。进行了普通与超声研齿对比试验表明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的三倍,齿面微切削与塑性流动纹理明显,点蚀深度、划痕长短均匀,齿面质量明显优于普通研磨齿面,即粗糙度低至0.2μm,轮廓支承长度率Rmr(c)=100%,水平截距c=1.2μm。     

圆弧刀廓加工螺旋锥齿轮的全齿面分区修形

针对圆弧刀廓加工螺旋锥齿轮副,以提高啮合传动平稳性为目标,研究了螺旋锥齿轮全齿面分区修形的方法。首先推导了圆弧刀廓双重螺旋法加工的小轮齿面方程,将圆弧刀廓修形和主动设计方法相结合,将螺旋锥齿轮齿面划分为5个修形区域,实现了对小轮全齿面的预控设计,得到了高重合度、低传动误差的目标齿面;并运用有限元技术对比分析了优化前后的齿面传动误差、齿面最大应力。结果表明:采用的全齿面预控修形方法降低了圆弧刀廓加工齿轮副的传动误差幅值,提高了重合度,降低了齿面应力;并反求出优化设计后的机床加工参数,为实际生产中制造高重合度螺旋锥齿轮提供指导。     

螺旋锥齿轮振动研磨的运动模型研究与分析

首次提出螺旋锥齿轮振动复合研齿法 ,建立了V/H与齿面啮合关系的数学模型与振动研齿法的运动学模型。利用TCA方法 ,通过对齿面的接触路径与印痕、齿面相对运动速度与研磨轨迹、切削速度数值仿真 ,证明该模型能对齿面研磨中接触路径与印痕进行准确的控制 ,振动研磨加工的质量效率明显优于传统方法     

齿面研磨边界的确定与研齿性能试验

通过对研齿过程的轮齿接触仿真,传动误差与重合度的分析,确定了齿面研磨区域的边界:距齿面中点±0.25～0.3个齿宽,±0.1～0.25个齿高.通过研齿试验,研究了研磨对齿面接触印痕、齿形精度与动态啮合性能的影响.结果表明,研齿能一定程度上消除齿形误差,改善轮齿接触区位置与形状,使热处理后变形的接触区一定程度上得到恢复;研齿对齿轮副动态性能改善明显,振动噪声在转速、载荷较宽的范围内均有明显下降.     

齿面综合研磨率分析与研齿性能试验

首次通过对研齿过程的轮齿接触仿真,齿面瞬时接触应力、齿面滑动系数与齿面研磨概率的研究分析,建立了齿面综合研磨率的评价指标,并进行了研齿性能试验。结果表明,准双曲面齿轮齿面中部研磨要严重一些,靠齿根稍重些,靠齿顶稍轻些,这与传动误差变化规律一致。研齿能一定程度上降低齿形、齿距误差,尤其对轮齿的实际啮合精度改善明显,振动噪声均有较大下降。     

机床调整参数误差对螺旋锥齿轮齿面形状误差影响的研究

通过齿面点离散的方法,评判机床调整参数误差对螺旋锥齿轮齿面误差的影响程度,进一步分析齿面形状变化趋势,指出了由于齿面误差引起啮合区位置偏移,从而导致的不良啮合状态,为机床误差补偿及提高螺旋锥齿轮的制造精度提供了依据.     

超声研齿的材料去除模型与试验

提出了超声研磨弧齿锥齿轮的理论与方法。分析了超声研齿中磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应等材料去除机理,建立了超声研齿锤击微切削材料去除模型。进行了普通与超声研齿的对比试验,试验证明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的三倍,且齿面质量明显提高,齿面粗糙度Ra低至0.2μm,轮廓支承长度率Rmr100%的水平截距c为1.2mm。     

Dynamic analysis of involute spur gears with asymmetric teeth

New gear designs are needed because of the increasing performance requirements, such as high load capacity, high endurance, low cost, long life, and high speed. In some applications, such as in wind turbines, the gears experience only uni-directional loading. In these instances, the geometry of the drive side does not have to be symmetric to the coast side. This allows for the designing of gears with asymmetric teeth. In previous studies related to bending stress and load capacity, high performance has been achieved for gears with asymmetric teeth. These gears provide flexibility to designers due to their non-standard design. If they are correctly designed, they can make important contributions to the improvement of designs in aerospace industry, automobile industry, and wind turbine industry. At high operation speeds, there is always a concern of dynamic loads and vibrations of equipment. Therefore, there is a need to fully understand the dynamic behavior of gears with asymmetric teeth. Thus, the primary objective of this paper is to use dynamic analysis to compare conventional spur gears with symmetric teeth and spur gears with asymmetric teeth. The secondary objective is to optimize the asymmetric tooth design in order to minimize dynamic loads. This study offers preliminary results to designers for understanding dynamic behavior of spur gears with asymmetric teeth. For this study, a dynamic model was developed, using MATLAB, and used for the prediction of the instantaneous dynamic loads of spur gears with symmetric and asymmetric teeth. Furthermore, a 2-D three-tooth model was developed for finite element analysis. Fast Fourier transform was used for the frequency analysis of the static transmission errors. It is shown that generally, the dynamic factor, for spur gears with asymmetric teeth, increases with increasing pressure angles on the drive side. For asymmetric teeth, increasing the addendum leads to a significant decrease in the dynamic factor. The static transmission error, at the center of the single tooth contact zone, decreases with increasing pressure angle. The first two harmonics slightly increase with increasing pressure angle. It is further shown that the amplitudes of harmonics of the static transmission errors are significantly reduced when asymmetric teeth with long addendum providing high gear contact ratio close to 2.0 are used.     

齿轮动态力互研法工艺研究*

对渐开线齿轮动态力研齿进行了理论分析和试验研究。基于以研代磨的设想，齿轮动态力研齿将研磨工艺用于硬齿面精加工，其加工原理为：两工件齿轮（两被研齿轮）在空载下以确定的速比（两齿轮的齿数比），在大转动惯量下高速稳态运转，研齿时保持两齿轮的速比不变，并周期性改变两齿轮的中心距，利用齿轮啮合时，齿轮本身误差产生的齿面动态力在研磨剂的作用下，修整齿轮误差达到两齿轮提高精度的目的。     

螺旋锥齿轮超声研磨加工的机理与实验研究

提出了超声研磨加工螺旋锥齿轮的理论与方法,利用声弹性理论分析了超声波在齿面传播与反射的机理。超声研齿的材料去除以塑性流动去除为主,机理可归结为磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应。试验证明,超声研齿的材料去除率为普通研齿加工的3倍,且齿面质量明显提高,齿面粗糙度Ra为0.2μm,水平截距c为1.2μm。最优工艺参数组合中转矩为0.12 N.m、转速为600 r/m in、研磨剂浓度为20%,其中转矩对材料去除率的影响最为显著,达到68.11%;其次为转速。对最优工艺参数组合所作的验证试验,材料去除率MRR指标与预测值基本相符。     

研齿对准双曲面齿轮副动态性能的影响

分析了研齿对准双曲面齿轮副动态性能的影响机理。基于现场研齿试验，对不同转速、载荷下齿轮副啮合振动、噪声进行了对比试验。由振动、噪声频谱图的对比分析可知，研齿对齿轮副动态性能具有明显的改进作用。     

A method of gear lapping for high pitch accuracy: Example of a Wildhaber worm wheel

A method of finishing a highly accurate external gear with lapping, from both the experimental and theoretical points of view, is discussed. First, the external gear is meshed with the lapping tool, which acts as an internal gear having the same number of teeth and the same tooth-profile as the work. The lap is reciprocated in the direction of the gear axis and is then turned at a certain angle, so as to change the meshing teeth, and lapping is repeated. In a similar manner, the lapping action is repeated, changing the meshing teeth, and the accumulative pitch error is decreased.The aim is to make a highly accurate worm wheel (plane-tooth-profile) as basic research for the study of an indexing table which is assembled with Wildhaber worm gears. The experiment was tried on a worm wheel having an outside diameter 292 mm and 72 teeth. The maximum accumulative pitch error was decreased from 15 sec (10.5 μm) to 3.15 sec (2.2 μm). Thus we obtained a highly accurate worm wheel for practical use     

齿轮光整加工新工艺--动态力互研法

对渐开线齿轮动态力研齿进行了理论分析和实验研究。基于以研代磨的设想,齿轮动态力研齿将研磨工艺用于硬齿面粉加工,其加工原理为,两被研齿轮在空载下以确定的速比,大转动惯量下高速稳态运转,研齿时保持速比不变,并周期性改变两齿轮的中心距,利用齿轮啮合时齿轮本身误差产生的齿面动态力,在研磨剂的作用下,修整齿轮误差达到两齿轮提高精度的目的。