齿廓方向修形的斜齿面齿轮啮合特性研究

主要研究了修形面齿轮副传动的啮合特性.提出了一种沿齿廓方向抛物线修形的面齿轮齿面结构,对传统斜齿面齿轮和修形的斜齿面齿轮副的啮合进行了比较.计算机仿真表明,修形的斜齿面齿轮传动啮合性能明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,有效避免了边缘接触;啮合区域对安装误差较为敏感,特别是轴夹角误差的大小,对啮合印痕在齿面上分布的影响尤其明显,容易导致接触区域向面齿轮的大端和小端偏移.     

修形对直齿锥齿轮弹性流体动力润滑的影响

为解决直齿圆锥齿轮的端啮问题,通过对直齿圆锥齿轮进行齿廓修形,提高小端的油膜承载能力,使得载荷沿齿宽方向分布均匀。齿廓修形先采用二次抛物曲线,再改变主动轮和从动轮的齿顶修缘高度,确定修形参数后,建立直齿圆锥齿轮无限长线接触弹性流体动力润滑模型,压力和膜厚采用多重网格法求解,弹性变形采用多重网格积分法求解。齿顶修缘后啮入点的油膜压力比原来小,油膜厚度变大;二次抛物曲线修形后,啮入瞬时点和啮出瞬时点的油膜压力在赫兹接触区明显降低,赫兹接触区的油膜厚度明显增大,沿啮合线分布的最大油膜压力降低,最小油膜厚度增大,中心油膜压力降低,中心油膜厚度增大;修形参数的变化影响修形后的油膜压力和油膜厚度;修形改变了齿宽方向的载荷分布,直齿圆锥齿轮的小端和大端的载荷差距减少,齿面载荷由端部向齿宽中部转移。研究结果说明,齿廓修形可以改善齿轮的润滑状况,提高啮合过程的油膜压力,减少齿面的摩擦和磨损,同时也可以避免齿面胶合的产生。     

基于有限元法的斜齿轮齿廓修形技术研究

研究了基于有限元法提取斜齿轮精确齿廓修形量的方法,提出了一种考虑修形齿面变化和齿根变化的齿廓修形新方法。重点介绍了全齿分析模型的建立,修形量的提取方法与二次修正方法。对修形前后斜齿轮齿面接触应力变化、接触区域改变和接触应力分布进行了对比分析研究,证明了这种新的修形方法能够很好的改善斜齿轮的传动性能,消除边缘接触,改善齿面啮合性能。     

直廓环面蜗杆-圆柱斜齿轮传动的几何建模与接触特性分析

提出了一种直廓环面蜗杆-圆柱斜齿轮啮合传动形式。根据蜗杆几何参数,计算出与蜗杆配合的圆柱斜齿轮几何参数,建立了直廓环面蜗杆与圆柱斜齿轮的三维模型;运用有限元软件Workbench进行静力学分析,得出齿面接触应力、等效应力及位移量;对斜齿轮进行齿廓及螺旋线双向内凹修形,结果显示内凹修形可以适当减小齿面接触应力及位移量,从而提高齿轮副的承载能力,其中齿廓修形对接触性能影响更为显著。通过加工与滚检试验,验证了所提出的直廓环面蜗杆与斜齿轮传动方式的可行性。     

等基圆齿锥齿轮啮合性能分析

为了分析和改善等基圆齿锥齿轮在实际工况下的承载能力、传动性能,对其进行齿面接触分析(TCA)模拟锥齿轮齿面接触印痕和传动误差。在不考虑安装误差的情况下对锥齿轮同时进行齿线和齿廓修形,分析齿线和齿廓修形参数的改变对锥齿轮传动误差以及齿面接触区域变化的影响,通过调整修形参数改善齿轮的啮合特性,实现较好润滑性能和传动平稳性的目的。通过一对修形后的等基圆锥齿轮的加工和滚检,验证了TCA修形程序的正确性,为该型齿轮的啮合性能分析提供了理论依据和实验基础。     

斜齿轮拓扑修形优化设计与试验

为了提高斜齿轮副的啮合性能,提出一种对齿轮齿廓和齿向双向修形的拓扑修形方法.基于Romax Designer软件平台,建立斜齿轮副的传动模型,并根据齿轮拓扑修形方法与遗传算法来确定修形参数并在Romax中进行优化.改变微观几何参数查看齿轮修形前后的传动误差与齿面载荷分布的均匀性.为验证仿真结果正确性,对斜齿轮副进行振动...     

小角度相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮传动修形啮合特性分析

推导了考虑齿向修形与齿廓修形条件下的渐开线变厚齿轮齿面数学方程,采用有限元法建立了相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮副有限元啮合模型,研究了单独齿向修形,单独齿廓修形与组合修形等不同的修形方式和修形量对接触印痕、齿根应力与传动误差的影响规律。结果表明:与修形前相比,变厚齿轮和圆柱齿轮单独齿向鼓形修形使得齿面接触区域减小,齿面接触应力与齿根弯曲应力增大,传动误差峰峰值增加;圆柱齿轮齿向边坡修形可以使得接触印痕从小端移动至轮齿中部,解决偏载现象;齿廓鼓形修形使得接触印痕呈现增大趋势,可以消除边缘接触现象;接触印痕对齿廓边坡修形最为敏感;变厚齿轮齿廓鼓形修形和圆柱齿轮齿向边坡修形的组合修形方式明显增加接触印痕面积,降低接触应力和传动误差。     

斜齿轮副齿面修形承载接触动力学分析

为提高斜齿轮副的啮合性能,以斜齿圆柱齿轮副为研究对象,建立斜齿轮副的三维实体建模与装配,使用ANSYSWorkbench对不同修形参数的齿轮副承载能力进行瞬态动力学仿真分析。通过详细论述对齿轮副从建模到Workbench仿真分析结果的设置步骤,求解不同修形系数下齿面的承载接触应力、剪切应力与等效应力云图,得出接触应力和传动误差变化曲线,观察不同的修形系数对齿面承载接触能力的影响变化。结果表明：齿廓修形对传动误差幅值影响较大,齿向修形对齿面接触区域影响较大。     

基于统计模型的修形齿轮点接触混合润滑分析

基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang（ZMC）弹塑性接触模型，提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数，对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果，验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、节点和啮出点的润滑特性，研究齿轮几何参数、工况参数对鼓形修形齿面润滑特性的影响规律。结果表明：油膜压力、微凸体接触压力和总压力在啮入点处最大，啮出点处最小；名义油膜厚度在啮出点处最大，啮入点处最小；随着模数、压力角和转速的增加，油膜压力、微凸体接触压力与总压力降低，油膜厚度增加；随着功率和鼓形修形量的增大，油膜压力、微凸体接触压力和总压力增大，油膜厚度降低。因此，增大模数、压力角、转速和减小功率、鼓形修形量可改善粗糙齿面润滑状态。     

锥形面齿轮副的几何展成及轮齿接触分析

为了解决面齿轮同轴分扭构型中不同支路面齿轮副的齿侧间隙调整问题,使输入轮或惰轮支路之间载荷分配更均衡,对锥形面齿轮副进行了研究。推导了齿廓修形的锥形渐开线齿轮和齿廓修形的面齿轮齿面几何,研究了面齿轮齿宽限制条件。为了评价锥形面齿轮副的传动性能,进行了轮齿接触分析(Tooth contact analysis, TCA)和应力分析。研究结果表明:为了保证锥形面齿轮副传动强度,锥形渐开线齿轮半锥角不宜过大;锥形面齿轮副对误差有较好的耐受性;对锥形渐开线齿轮或者面齿轮进行齿廓修形后,能有效避免边缘接触;在几乎不影响啮合传动的情况下,可通过改变小齿轮轴向安装位置,调整锥形面齿轮副的齿侧间隙。锥形面齿轮副适用于类似同轴面齿轮分扭传动构型等需要调整齿侧间隙的传动场合。     

润滑和载荷状态对聚甲醛齿轮服役性能的影响

基于齿轮耐久性能试验台开展了一系列干接触/油润滑下POM(聚甲醛)-POM齿轮副承载能力试验,并测量了服役过程中的轮齿温度、磨损量、齿廓精度和齿面形貌。试验发现,POM齿轮失效形式与载荷和润滑方式有关。通过对齿面微观形貌和磨屑表征,确认干接触下POM齿轮主要磨损模式为黏着磨损与磨粒磨损,而油润滑下POM齿轮失效形式为接触疲劳失效。由于润滑油减少了齿面摩擦,降低了运行温度,延缓了齿面劣化程度,因此POM齿轮在油润滑下的承载能力明显提高。     

斜齿轮参数化建模及接触应力的有限元分析

基于斜齿轮的啮合特点,通过UG软件建立斜齿轮参数化模型,利用Ansys Workbench软件对斜齿轮划分网格,施加载荷等前处理,得出了斜齿轮齿向接触应力分布图,从而进行齿轮强度校核。     

基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动特性

为了分析基于齿背接触刚度的高速斜齿轮瞬态振动放大特性,针对高转速瞬态工况下斜齿轮齿面啮合-脱啮-齿背接触的齿面实际承载接触状态,建立了同时考虑啮合时间与齿面振动位移耦合机理的斜齿轮动态啮合刚度。在细化考虑齿背啮合机理、基于齿背实际啮合刚度的模型基础上,进一步建立斜齿轮啮合型瞬态振动模型,并在此基础上展开不同齿侧间隙以及齿背接触对系统瞬态振动特性影响分析研究。搭建封闭功率流式斜齿轮瞬态扭转振动测试试验台,对基于齿背接触刚度的斜齿轮瞬态振动特性进行了验证。该研究具有较好的理论研究意义,有利于斜齿轮传动系统在航空传动、新能源传动系统上的应用推广,进一步提升高转速齿轮系统的瞬态振动噪声品质。     

WN齿轮传动弹流润滑及接触摩擦效率研究

应用WN齿轮接触摩擦与弹流润滑机制结合的方法进行效率分析.依据WN齿轮副啮合原理,创建该齿轮动力润滑与混合摩擦分析模型,分析了啮合中载荷与弹性接触对油膜厚度的影响,探讨油膜形成机制和承载特性;通过啮合过程中的接触摩擦分析,推导出WN齿轮啮合时动力传动效率计算新方程;分析齿轮运转速度、负载及润滑等对传动效率的影响.结果表明:在高速下WN齿轮的传动效率高于渐开线齿轮而在低速下却相反;旋转速度对传动效率的影响要比载荷的影响更大.通过实例计算和试验分析验证了本方法的有效性.     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究

为了研究差速器锥齿轮摩擦和磨损机制,基于弹性流体动力润滑理论,建立直齿锥齿轮无限长时变弹性流体动力润滑模型,研究行星齿轮分别与左右半轴齿轮啮合时的润滑状况,计算差速工况行星齿轮时变效应下的油膜压力和油膜厚度;研究差速工况下左右半轴齿轮的润滑状况,分别比较左右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的润滑特性;研究曲线行驶路段复杂变工况下行星齿轮的润滑状况。结果表明:差速工况下行星齿轮啮合周期内的膜厚变小,且行星齿轮与半轴齿轮的相对滑动加剧;行星齿轮同左右半轴齿轮啮合时的润滑特性不同,左转弯工况时,左半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最大压力较大,右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最小油膜厚度较大;曲线行驶变工况下行星齿轮润滑特性也不同,左转弯工况向右转弯工况过渡时的压力减小,膜厚增大。     

Parametric analysis of the end face engagement worm gear

A novel specific type of worm drive, so-called end face engagement worm gear(EFEWD), is originally presented to minimize or overcome the gear backlash. Different factors, including the three different types, contact curves, tooth profile, lubrication angle and the induced normal curvature are taken into account to investigate the meshing characteristics and create the profile of a novel specific type of worm drive through mathematical models and theoretical analysis. The tooth of the worm wheel is very specific with the sine-shaped tooth which is located at the alveolus of the worm and the tooth profile of a worm is generated by the meshing movement of the worm wheel with the sine-shaped tooth, but just the end face of the worm(with three different typical meshing types) is adapted to meshing, and therefore an extraordinary manufacturing methods is used to generate the profile of the end face engagement worm. The research results indicates that the bearing contacts of the generated conjugate hourglass worm gear set are in line contacts, with certain advantages of no-backlash, high precision and high operating efficiency over other gears and gear systems besides the end face engagement worm gear drive may improve bearing contact, reduce the level of transmission errors and lessen the sensitivity to errors of alignment. Also, the end face engagement worm can be easily made with superior meshing and lubrication performance compared with the conventional techniques. In particular, the meshing and lubrication performance of the end face engagement worm gear by using the end face to meshing can be increased over 10% and 7%, respectively. This investigate is expect to provide a new insight on the design of the future no-backlash worm drive for industry.     

考虑系统变形的电驱动桥齿轮啮合效率研究

传动效率是电驱动桥重要性能指标之一,实际使用条件下,由于齿轮、轴、轴承以及壳体等部件的负载变形,齿轮副之间存在啮合错位。为了准确预测电驱动桥传动系的啮合效率,提出了一种考虑系统变形的电驱动桥齿轮啮合效率计算方法。首先基于传动系等效啮合模型,计算不同载荷工况下传动系每个齿轮副之间的啮合错位量,采用考虑摩擦的齿轮加载接触分析方法(FLTCA)和混合润滑摩擦系数模型对齿轮副的齿面接触力和齿面摩擦系数分布进行计算,得到系统功率损失及啮合效率。然后,与商用有限元软件计算结果进行对比,验证了计算方法的准确性。最后,针对不同载荷工况和不同转速分析了考虑和不考虑系统变形的系统啮合效率,结果表明：随着转矩的增加,系统变形增大,齿轮副之间的错位量增加,导致齿轮副之间发生偏载,齿面摩擦系数增加,系统啮合效率呈下降趋势。     

斜齿轮渐进性磨损对齿轮振动特性的影响分析

目前,研究磨损对齿轮动力学特性的影响大多采用传统的Archard磨损模型,并未考虑齿轮的润滑特性,且主要研究对象多为直齿轮。为了弥补斜齿轮研究方面的不足,数值模拟了混合弹流润滑状态下斜齿轮的磨损过程,建立了一个8自由度斜齿轮动力学模型,研究齿面磨损对斜齿轮动态特性的影响。在斜齿轮试验台上进行了齿轮疲劳试验,对数值仿真结果进行验证。结果表明,齿面磨损主要发生在靠近齿根和齿顶部分,且由于齿根处较高的滑滚比导致其磨损更加严重。根据齿轮啮合频率及其谐波幅值的变化可知,磨损导致齿轮的振动增加。试验分析与数值仿真有较好的一致性,说明该研究可以为斜齿轮磨损的预测和故障诊断提供可靠的理论依据。     

基于APDL的斜齿轮造型技术

在斜齿轮的CAE分析中,需要对它进行参数化造型,为实现这一目的,利用了ANSYS的APDL.首先在ANSYS中形成端面齿廓,再沿螺旋线拖拉,直接生成了一对斜齿轮的参数化模型,便于进一步分析齿轮的齿面接触应力和齿根应力,以及斜齿轮的啮合过程,在实际中应用获得了良好的效果.