双圆弧谐波齿轮传动齿廓设计与参数分析

谐波传动轮齿齿廓对装置传动性能具有显著影响,为提高谐波传动装置性能,采用公切线式双圆弧齿廓作为柔轮齿廓,并建立以弧长为参数的双圆弧齿廓函数。基于改进运动学谐波啮合理论研究双圆弧齿廓谐波传动的共轭区域、共轭齿廓,并分析啮合参数和结构参数对共轭区域及共轭齿廓的影响规律。研究结果表明：双圆弧齿廓谐波传动在啮合过程中有两个共轭区域,且存在两次啮合及两点啮合现象;柔轮凸齿廓与凹齿廓圆弧半径、公切线倾角与长度、径向变形量系数、壁厚等对谐波传动的共轭角度与区间、共轭齿廓弧长、共轭齿廓半径与位置等影响显著,且研究实例中适当减小上述啮合参数或结构参数有利于提高谐波传动性能。     

双圆弧谐波传动柔轮齿形参数多目标优化设计

根据刚轮和柔轮空载下连续不断啮合和"双共轭"现象能有效提高双圆弧谐波齿轮装置的啮合性能,提出了一种圆弧柔轮齿形参数的多目标优化设计方法。针对无公切线双圆弧齿廓,采用改进运动学法和精确转角关系进行共轭齿廓设计,以缩小共轭空白区间与共轭齿廓差异为优化目标,考虑共轭齿廓的存在条件,建立谐波传动多目标优化模型,进行单目标分析及多目标优化。结果表明:该优化方法可实现柔轮齿形参数的合理选择,使空载状态刚轮与柔轮啮合空白区域小于1.2°,共轭齿廓间差异在0.83μm左右,能满足工程应用要求,保证空载连续啮合及"双共轭"传动精度。     

不同共轭原理的双圆弧齿廓谐波齿轮传动分析

综合考虑谐波传动啮合齿廓、弹性变形等因素影响,采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动轮齿齿廓,分别得到基于包络啮合理论、改进运动学啮合理论的精确齿面共轭原理与近似原理,对不同共轭原理的双圆弧齿廓谐波传动的共轭区域、共轭齿廓、运动轨迹及啮合侧隙进行对比分析。研究结果表明:双圆弧齿廓谐波传动存在两个共轭区域,且存在“双共轭”现象。包络啮合理论与基于改进运动学的谐波啮合理论对双圆弧齿廓谐波传动共轭区域、共轭齿廓基本无影响。近似原理对共轭齿廓、啮合完成区域运动轨迹、长轴附近轮齿侧隙影响较小,对共轭区域、啮合初始区域运动轨迹、远离长轴的轮齿侧隙影响较大。     

谐波式齿轮泵齿轮啮合齿廓型式的选择

从谐波齿轮传动性能的角度,通过对目前使用比较多的3种齿廓型式进行比较,选择了圆弧齿廓作为谐波式齿轮泵齿轮啮合的齿廓型式。圆弧齿廓采用了柔轮齿廓为公切线型双圆弧齿廓和刚轮齿廓为外凸齿廓的型式,并且从图形和参数方程两方面来表示柔轮和刚轮的齿廓,为进一步研究谐波式齿轮泵提供了必要的理论参考。     

杯形柔轮谐波传动三维双圆弧齿廓设计

为了提高装置的啮合性能,以公切线式双圆弧齿廓作为研究对象,基于柔轮装配变形及改进运动学理论获得单截面内的谐波传动精确共轭理论,建立共轭齿廓优化设计模型.考虑柔轮变形倾角的影响,采用合理调整柔轮轮齿径向位置的方法设计满足空间啮合要求的三维双圆弧齿廓谐波传动装置,开展计算机仿真分析及实验观察研究.结果表明,双圆弧齿廓谐波传动存在有效的共轭区域及有效的共轭齿廓.为了满足空间啮合要求,柔轮轮齿各截面所需调整的径向位置量与该截面至主截面间的距离成线性关系变化.设计的齿廓在主截面完全啮合,沿轴向其余截面部分啮合,仿真结果与实验观察结果基本吻合,说明了该设计的合理性.     

谐波齿轮传动共轭齿廓的研究

利用改进运动法，导出谐波齿轮的理论啮合方程，求出了柔轮任意齿廓形状时谐波齿轮传动啮合矩阵的一般形式，更适合于对具有不同共轭曲面的轮齿的谐波齿轮进行计算机分析。求出在具有余弦凸轮波发生器的谐波齿轮传动中，与渐开线柔轮齿廓共轭的刚轮齿廓以及形成并把时发生器的转角区间，得出在发生器转角为±39°附近存在一个共轭区间的结论。     

四齿差谐波齿轮传动的啮合原理

在利用运动学法建立的谐波齿轮传动理论啮合方程的基础上,研究了啮合参数和结构参数对四齿差谐波齿轮传动共轭间区间的影响规律;揭示了柔轮与刚轮共轭齿廓相对运动的特点;数值方法证明四齿差谐波齿轮传动可以使用渐开线齿廓,这为实际生产提供了理论依据。     

短筒柔轮谐波齿轮传动新设计新工艺与实验

为了提高短筒柔轮谐波齿轮传动刚度,提出了一种柔轮和刚轮采用新齿形的短筒谐波传动的设计方法. 柔轮轮齿采用双圆弧齿廓,刚轮轮齿采用具有一定倾角的共轭齿廓,从而提高轮齿的啮合面积. 提出了采用慢走丝线切割加工柔轮和刚轮轮齿的加工工艺,分别试制了刚轮有倾斜轮齿、长径比各为1/4和1/2的两种50机型短筒柔轮谐波齿轮减速器样机,并进行了刚度测试实验. 结果表明,刚轮轮齿有倾角的新型短筒柔轮谐波传动与刚轮轮齿无倾角的短筒柔轮谐波传动相比,传动刚度可提高39%以上．     

基于齿条近似法的谐波传动空间齿廓设计方法

针对渐开线谐波传动齿廓设计中啮合侧隙过大造成传动精度降低以及柔轮轴向偏斜产生齿廓干涉等问题,提出一种基于齿条近似法的谐波传动齿廓设计方法。该方法考虑了实际啮合情况,利用齿条近似法对柔轮齿相对于刚轮齿的实际运动轨迹进行近似齿廓设计与修形。并考虑了柔轮在装配变形下的偏斜,对柔轮齿在主截面以外的其他截面进行空间齿廓设计。结果表明:基于齿条近似法设计的谐波传动齿廓啮合侧隙很小并且啮合范围很广,按照线性关系改变柔轮齿根处壁厚可以实现柔轮齿在空载状态下任意截面的无干涉啮合。     

精密谐波齿轮传动采用圆弧齿轮的合理性证明

应用文献＾［１］，提出的谐波齿轮传动不变啮合矩阵，用数值方法证明了在精度谐波齿轮传动领域采用圆弧齿廓的合理性。     

基于有限元法的谐波双圆弧齿廓设计和修形

针对实际工况中,谐波传动的柔轮的实际变形与线性假设变形存在一定偏差的问题,利用ANSYS Workbench进行多体接触有限元分析,探究柔轮的结构参数对柔轮有限元径向变形的影响规律和敏感度. 结果表明：齿宽、壁厚、筒长、波发生器与柔轮杯底距离等参数都对柔轮径向变形有一定程度的影响,其中波发生器与杯底的距离对柔轮径向变形影响程度最大,敏感度最高,其次是齿宽和筒长,壁厚对柔轮径向变形的影响程度最小. 基于柔轮的有限元变形,采用改进运动学法和柔轮精确转角关系设计无公切线双圆弧齿廓,并结合MATLAB参数化编程对柔轮齿廓进行三维修形,对仿真实体模型进行有限元分析,结果表明：有限元法设计修形的柔轮最大应力比未修形时减小925 MPa,比线性法设计修形减少144 MPa,有限元法设计修形的柔轮齿各截面的周向应力也低于线性法设计修形.     

制造误差对谐波齿轮应力的影响规律

为研究谐波齿轮各种制造误差对柔轮齿面应力与磨损情况的影响,根据响应面思想,设计实验,采用四因素响应面模型,分析柔轮跨距值（M值）偏差、刚轮M值偏差、波发生器长半轴偏差及短半轴偏差,分别建立相应谐波齿轮模型,并进行有限元仿真分析. 实验结果表明,凸轮长半轴偏差对柔轮齿上应力敏感度最大,柔轮、刚轮M值偏差次之,凸轮短半轴偏差敏感度最小;针对在制造加工时可能出现的刚轮与柔轮齿廓不同偏差情况提出4种误差补偿方案,即当柔轮、刚轮M值均为负偏差或分别为正偏差、负偏差时减小凸轮长半轴,当柔轮、刚轮M值均为正偏差或分别为负偏差、正偏差时增大凸轮长半轴,以此改善啮合情况并提高精度保持性.     

关于渐开线直齿轮变速传动啮合效率的计算

为了解决目前尚无计算变速传动齿轮啮合效率的有效公式,本文通过对变速传动下的齿轮齿廓相对滑动的损耗功的计算,导出了适用于各种传动规律的渐开线直齿轮外啮合效率公式。从而为准确地计算按特殊规律传动的齿轮啮合效率提供了理论依据。     

基于齿面发生线的弧齿锥齿轮切齿运动分析

为了展成切削出无理论误差的球面渐开线齿形的弧齿锥齿轮齿面,采用以齿面理论发生线作为刀刃的切削方法.分析了此方法所需要的运动及运动的实现方法.结果表明:采用此种方法切齿时,机床运动与结构简单,刀具简单,仅需1次工件装卡即可完成弧齿锥齿轮凸面、凹面的粗加工和精加工;大齿轮和小齿轮、左旋齿轮和右旋齿轮均可以用同一机床、同一刀盘完成切削,且容易调整齿面接触区.     

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.     

基于节点切线平行线的非圆齿轮齿廓特征点求法

根据范成法加工非圆齿轮的原理,提出基于节点切线平行线的非圆齿轮齿廓特征点求法,以提高齿廓计算的精度;讨论利用齿廓节点处的切线平行线与齿廓包络线求取齿廓曲线的特征点,进而获得非圆齿轮的齿廓数据;通过傅里叶节曲线非圆齿轮的齿廓数据计算,验证了该算法的正确性。     

失配点啮合齿面的安装误差敏感特性

研究了失配点接触齿面在安装误差作用下的啮合特性，导出了误差向量与名义计算点微分标形的关系以及安装误差对齿面接触特性的影响系数．证明了失配点啮合齿面的误差补偿特性．文中提出的误差分析理论可用来优化公差组合，在不提高加工精度的前提下大大改善齿轮副的啮合质量．     

平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆齿面误差检测及溯源

平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆传动是一种新型蜗杆传动,由平面齿内齿轮及平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆所组成,具有体积小、重量轻及高功率密度等特点,在对体积和重量有限制的特服重载传动领域有广泛的应用前景。为了掌握平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆齿面精度理论,本文利用微分几何与啮合理论建立含工艺误差的齿面数学模型,基于齿轮测量中心自由扫略功能分析齿面数据采集方式,探讨测头半径补偿原理及齿形匹配方法等,研究基于遗传算法的齿面误差溯源优化算法,并对样件齿面进行误差检测试验及误差溯源分析,验证了上述误差检测原理及溯源方法的可行性。研究内容能为平面齿内齿轮包络鼓形蜗杆的精度评价及后续高精修正加工提供理论指导,有利于内齿轮包络鼓形蜗杆传动的推广和应用。