HGT准双曲面齿轮传动的轮齿接触分析

HGT准双曲面齿轮,大轮采用展成法加工,小轮采用刀倾法加工。根据格里森HGT准双曲面齿轮的加工原理和加工方法,并以传统的摇台型机床为基础,建立了切齿加工数学模型,推导了理论齿面方程,并对齿轮进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis,TCA),包括齿面接触分析和边缘接触分析。将切齿设计与相应的TCA编制成计算机程序,通过计算机数值仿真,可准确显示不同参数、不同误差的齿轮啮合过程和性能,验证了数学模型与理论推导的正确性,为下一步轮齿承载接触分析(loaded tooth contact analysis,LTCA)打下了基础。     

基于UG的准双曲面齿轮的加工仿真

阐述了准双曲面齿轮的切齿加工原理,运用该原理绘制了切齿运动坐标图,同时创建了控制切齿加工运动的数学表达公式。基于该原理和公式,具体描述了准双曲面齿轮的仿真加工在UG中的实现过程,通过控制齿坯和刀盘的相对位置和运动,对一对准双曲面齿轮的齿坯进行了仿真切齿,得到了一对齿形良好、齿底无根切的齿轮副,有效地缩短了产品开发周期,提高了准双曲面齿轮的开发效率。     

HGT准双曲面齿轮精确建模和加载接触分析

包含工作齿面和齿根过渡曲面的齿轮完整的三维几何模型是进行有限元分析等的基础。论文以加工方法HGT为研究对象,根据格里森HGT准双曲面齿轮的加工方法和加工原理,并以摇台机床为基础,推导了理论工作齿面方程和齿根过渡曲面方程,在此基础上建立了三维几何仿真模型,并对齿轮副进行了轮齿加载接触分析,得到齿轮副在拟真实工况下的齿面印痕、传动误差曲线和载荷分配系数。最后通过切齿试验验证了理论推导的正确性。仿真和试验结果表明：1) 齿轮重合度大,传动平稳;2) 当大轮加载扭矩超过一定值（文中为500N.m）时,轮齿会出现边缘接触。该研究为齿轮的强度和振动分析等提供了可靠的前提条件。     

大重合度面齿轮传动设计及仿真

为了提高面齿轮传动的承载能力,改善齿轮副啮合传动时的动态性能,以齿面接触分析和承载接触分析为工具,通过齿面曲线修形调整接触迹线方向,提出设计面齿轮副大重合度的方法．利用盘形刀具对小齿轮沿齿长方向抛物线修形,降低啮合印痕对安装误差的敏感性．以重合度和承载传动误差的振动幅值为目标,给出了大重合度面齿轮传动优化设计流程．引入了啮合齿对系数的概念,对齿轮副的重合度进行了计算．研究结果表明：通过齿轮副抛物线修形因数和抛物线顶点参数,以及沿小齿轮齿向修形因数的设计与调整,可设计出动态性能良好,重合度高达3．0以上的面齿齿轮副,为高负载的面齿轮传动设计提供了依据．     

产形线切齿法加工准双曲面齿轮的产形线建模及代用方法

研究了准双曲面齿轮采用产形线切齿法加工时,小齿轮和大齿轮产形线的几何关系,建立产形线数学模型,提出以简单曲线代替复杂的理论产形线,从而简化机床运动的产形线代用方法。最后,以一对给定设计参数的准双曲面齿轮为例,在大轮产形线为直线的情况下,求解小轮左齿面和右齿面的理论产形线,并分别采用圆弧线和直线代用,分析代用误差对齿轮传动的影响及减小该影响的措施,表明采用代用产形线加工准双曲面齿轮的可行性。     

一种HFT准双曲面齿轮三维模型建模方法

针对HFT准双曲面齿轮齿面坐标难以获取的问题,本文提出了一种基于MATLAB的齿面数学模型建模方法,并且可以自动计算齿面坐标。本文根据Gleason机床建立从刀具到工件坐标变换矩阵,接着根据齿轮机床加工参数和齿胚参数建立齿面坐标求解方程,然后依据齿轮加工原理得到齿轮啮合中点估计值,以此点作为初始值求解齿面上其它点坐标,最后建立HFT式准双曲面齿轮齿面坐标求解程序SURFACE。为验证所提出方法,以某汽车准双曲面齿轮为例得到齿轮齿面坐标,导入到CATIA软件中得到齿轮组三维模型,对比所建立模型与实际齿轮面之间差异,可以看出所建立齿面与实际齿面差异较小,此方法可应用到此类齿轮的求解。     

一种HFT准双曲面齿轮3维模型建模方法

针对HFT准双曲面齿轮齿面坐标难以获取的问题,提出一种基于MATLAB的齿面数学模型建模方法,并且可以自动计算齿面坐标。首先根据Gleason机床建立从刀具到工件坐标变换矩阵,接着根据齿轮机床加工参数和齿胚参数建立齿面坐标求解方程,然后依据齿轮加工原理得到齿轮啮合中点估计值,以此点作为初始值求解齿面上其他点坐标,最后建立HFT式准双曲面齿轮齿面坐标求解程序SURFACE。为验证所提出方法,以某汽车准双曲面齿轮为例得到齿轮齿面坐标,导入到CATIA软件中得到齿轮组3维模型,对比所建立模型与实际齿轮面之间差异,可以看出所建立齿面与实际齿面差异较小,此方法可应用到此类齿轮的求解。     

正交变传动比面齿轮三轴数控加工方法

为了验证正交变传动比面齿轮副设计的正确性,用三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮。运用空间齿轮传动啮合理论及三轴数控机床的基本原理,建立了刀具与非圆齿轮的空间坐标系、正交变传动比面齿轮加工坐标系、齿顶圆角模型以及数控加工模型。得到了刀具到非圆齿轮的坐标变换矩阵、非圆齿轮齿面到正交变传动比面齿轮齿面的坐标变换矩阵、过渡曲面方程以及加工过程中刀具运动矩阵。用三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮,并对该齿轮副进行对滚实验以及齿面测量实验。实验结果表明:三轴数控机床加工的正交变传动比面齿轮齿面精度较高。证明了正交变传动比面齿轮副设计以及三轴数控机床加工正交变传动比面齿轮方法的正确性。     

航空弧齿锥齿轮磨削齿面的主动优化设计

为了实现设计要求的啮合性能,采用数控磨齿方式加工弧齿锥齿轮副。加工小轮时的机床位置设置和小轮与摇台之间的相对运动关系是数控磨齿的关键。为此,借助局部综合法实现齿面参考点处指定啮合性能的磨齿参数的主动设计,并通过优化小轮的各阶变性系数改变小轮与摇台之间的相对运动关系,以保证齿面接触印痕和传动误差曲线均满足设计要求。对某航空弧齿锥齿轮进行了齿面主动优化设计,证明了上述方法是有效的。     

基于Ease off的准双曲面齿轮多目标优化

为实现准双曲面齿轮的多目标优化,建立了神经网络代理模型,用以描述Ease off修形参数和传递误差、齿根应力、啮合损失功率的关系。首先,利用动力学软件MASTA建立准双曲面齿轮驱动桥模型,基于敏感度系数矩阵,推导出齿面偏差二阶泰勒展开式对应的机床修形加工参数,建立修形齿轮模型。其次,通过MASTA的加载齿面接触分析功能计算修形齿轮模型的传递误差、齿根应力、啮合损失功率,最终建立神经网络代理模型。最后,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法优化代理模型,进行对比验证。结果表明：采用本多目标优化方法可有效降低准双曲面齿轮的传递误差、齿根应力、啮合损失功率。     

Tooth surface geometry optimization of spiral bevel and hypoid gears generated by duplex helical method with circular profile blade

In order to effectively improve meshing performance of spiral bevel and hypoid gears generated by the duplex helical method, the effects of straight lined and circular cutting edges profile on meshing and contact of spiral bevel and hypoid gears were investigated analytically. Firstly, a mathematical model of spiral bevel and hypoid gears with circular blade profile was established according to the cutting characteristics of the duplex helical method. Based on a hypoid gear drive, the tooth bearings and the functions of transmission errors of four design cases were analyzed respectively by the use of the tooth contact analysis(TCA), and the contact stresses of the four design cases were analyzed and compared using simulation software. Finally, the curvature radius of the circular profile blade was optimized. The results show that the contact stresses are availably reduced, and the areas of edge contact and severe contact stresses can be avoided by selecting appropriate circular blade profile. In addition, the convex and concave sides are separately modified by the use of different curvature radii of inside and outside blades, which can increase the flexibility of the duplex helical method.     

基于啮合效率下斜齿圆柱齿轮设计参数的选择

斜齿轮因具有传动平稳和承载能力高等优点而被广泛用于高速、重载传动中。目前对于斜齿轮的设计多以满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力为准则,未考虑设计参数对啮合效率的影响,易造成能源浪费和经济损失。在影响齿轮啮合效率的因素中,滑动摩擦功率损失占主要地位。因此,本文从计算斜齿轮滑动摩擦功率损失入手,通过计算啮合点处的滑动摩擦功率损失并沿啮合线积分,得到斜齿轮啮合效率的表达式,从中揭示出设计参数对啮合效率的影响规律,进而提出在满足齿面接触强度、轮齿弯曲强度和齿面抗胶合承载能力的前提下斜齿轮设计参数的选择原则。     

考虑轴变形影响的零度弧齿锥齿轮传动误差计算研究

传动误差是评判弧齿锥齿轮啮合性能的重要指标之一,直接反映弧齿锥齿轮的传动啮合特性,其与轴系结构密切相关.本文主要研究轴系结构与传动误差之间的正向设计计算方法,提出一种基于通用软件工具平台的考虑轴变形影响的弧齿锥齿轮传动误差数值计算方法,并与国际先进弧齿锥齿轮设计软件(KIMoS软件)进行对比,验证本文计算方法.针对两种轴系结构设计方案,应用本文方法分析轴变形对航空发动机弧齿锥齿轮传动误差的影响.分析计算结果表明:支撑形式对齿面接触力的大小影响甚微,但支撑形式与轴的变形对传动误差的影响较大.通过改变轴系的支撑结构可以获得良好的弧齿锥齿轮传动误差曲线.本文工作可为研究轴系结构与零度弧齿锥齿轮传动误差关系提供参考.     

Influence of cutter diameter on meshing performance in spiral bevel gears

Playing a critical role in transmitting movement and power, the meshing performance of spiral bevel gears has a significant effect on products' operational performance. To evaluate the meshing performance, the accurate three-dimensional(3D) spiral bevel gear models are established through the Pro/E and MATLAB softwares, and the finite element analysis(FEA) methods are applied to the theoretical investigation of the influence of cutter diameter on meshing performance in spiral bevel gears. The results obtained show that the cutter diameter has a significant influence on spiral bevel gears' meshing performance, such as the contact area, contact pressure, bending stress, torsional stiffness and transmission error.     

Characteristic of involute slope modification of asymmetric spur gear

The meshing characteristic of asymmetric involute spur gear was studied, the equations of the geometric shape of the asymmetric gear for both sides were deduced, and the equations of contact ratio and the key points of contact were also obtained.Meanwhile, an involute slope modification method considering the effects of static transmission errors was proposed based on the meshing properties. The characteristic of the involute slope modification was analyzed by changing different modification parameters.The mesh stiffness and synthetic mesh stiffness of unmodified and modified asymmetric spur gears were investigated. Furthermore,the spectrums of synthetic mesh stiffness under different modification parameters were compared. Research results showed that the modification parameters influence the meshing performance of gear pairs, and the proposed modification method was feasible to improve the transmission performance of gear pairs with appropriate modification parameters.     

弹性点接触失配啮合性能和齿面接触迹预控

本文根据空间啮合原理、利用弹性力学理论、计及齿面接触变形，首次把Ｂａｘｔｅｒ方法推广应用到点啮合的领域，并着重论述了弹性点接触的失配啮合性能和齿面接触迹预控，为收缩齿制曲线齿锥齿轮副预控齿面啮合质量提供了新的途径和方法．     

斜齿轮高阶传动误差设计与分析

为了改善斜齿轮副啮合传动性能,提出了应用四阶传动误差函数曲线,采用数控加工展成斜齿轮.利用抛物线齿廓的产形齿条与圆柱齿轮啮合推导小轮齿面方程.采用假想小轮的方法推导了四阶齿线修形大轮齿面数学模型.根据两齿面在啮合中连续相切条件,建立了含有误差的轮齿接触分析模型(TCA).仿真结果表明:该设计降低了接触印痕对安装误差的敏感性,相邻两个啮合周期的啮合转换点处,传动误差曲线的切线夹角接近180°,降低振动及冲击.     

基于ADAMS的驱动桥齿轮啮合动力学仿真研究

运用CATIA软件建立驱动桥主减速器和差速器齿轮传动系统的三维实体模型,基于ADAMS软件建立了主减速器和差速器齿轮传动的虚拟样机模型．将Hertz接触理论嵌入仿真模型,在齿轮之间施加接触力,实现了齿轮啮合的动态实时仿真．通过在主减速器主动齿轮施加转速驱动,差速器半轴齿轮施加不同的负载转矩,模拟了汽车在转弯工况下驱动桥主减速器和差速器的齿轮传动,得到了主减速器齿轮、差速器齿轮的转速以及啮合力曲线,为深入研究齿轮传动系统动态特性提供了理论参考依据．