弧齿锥齿轮建模与仿真技术发展趋势及展望

随着计算机技术的不断发展,弧齿锥齿轮精确模型的建立和对模型进行高效仿真分析已经成为弧齿锥齿轮研究的重要手段。本文对近年来国内外弧齿锥齿轮建模和仿真研究概况进行了归纳,把建模方法分成离散点建模、曲线拟合建模和仿真加工建模三种类型,把分析方法分成有限差分法、边界元法和有限单元法。同时对未来弧齿锥齿轮建模和仿真研究发展方向进行了展望。     

格利森弧齿锥齿轮啮合传动节线的数学原理

弧齿锥齿轮齿面线是设计和加工的重要几何要素,同时也是弧齿锥齿轮机床设计(包括格里森制式和奥利康制式)的重要出发点之一.从节圆锥面上节线的基本定义出发,结合格里森制式弧齿锥齿轮的加工原理,推导出单个弧齿锥齿轮的节线方程,并定量证明了一对相互啮合的弧齿锥齿轮节线在转动过程中是连续接触的.为弧齿锥齿轮接触轨迹方向的研究及接触状态的分析提供了一种方法.     

螺旋锥齿轮球面渐开线齿面形成原理及推论

从螺旋锥齿轮的精确齿面形状出发,详细地论述了球面渐开线齿面的基本组成。基于球面渐开线理论在螺旋锥齿轮方面已取得的研究成果,分析并总结其特点与不足,提出了螺旋锥齿轮的球面渐开线齿面形成原理。并对球面渐开线齿面形成过程中的关键环节产形线、工作齿廓和球面渐开线齿面的基本方程进行了推导和论述,为其设计及加工提出了一些方案,以便为螺旋锥齿轮的研究提供理论基础和思路。     

基于数字化齿面的弧齿锥齿轮柔性多体接触动力学分析

基于弧齿锥齿轮局部综合法,计算弧齿齿面的精确空间数字化坐标点,建立了弧齿齿面的四边形面片有限元网格模型。基于弧齿齿面的四边形面片接触块模型,运用弧齿齿面的包围盒全域搜索方法和结点-目标面的主从面局部搜索方法,实现高精度数字化真实弧齿齿面的动态接触搜索计算。以四边形面片单元中心的外法向矢量来计算弧齿齿面的从结点到目标单元面的接触变形量,采用罚函数法计算弧齿齿面的动态接触作用力,提出了多柔性体、多界面动态接触的弧齿锥齿轮动力学分析方法。计算分析了弧齿锥齿轮的传动误差、动态接触力、等效约束力、弧齿边缘动态接触、最大应力值等动态接触特性。研究表明:忽略多柔性体、多界面动态接触特性,会低估弧齿齿轮的传动误差、动态接触力和等效约束力。新方法较好地模拟了弧齿锥齿轮传动动态接触特性,对弧齿锥齿轮系统动态设计提供了理论参考。     

球面渐开线齿形的螺旋锥齿轮NURBS设计

 为避免传统设计和加工的近似球面渐开线齿形螺旋锥齿轮存在的缺陷,提出了一种新型螺旋锥齿轮设计方案．从齿面精确组成和形状特征出发,将球面渐开线理论应用于齿面基本曲线的方程表达式求导中,实现了齿面曲线的分段参数化．然后,对组成齿面的各区域分别求取齿面离散点数据,并采用三次均匀B样条曲面方法进行初步的拟合与拼接．为了进一步提高齿面精度,借助NURBS方法对拼接后的齿面进行了统一的NURBS精确拟合,并给出了齿面统一参数化的优化方法．最后的算例表明了相关方法的精确性和可行性,为螺旋锥齿轮的数字化设计与NURBS加工提供了新的思路与途径．     

大型弧齿锥齿轮端面掉渣的分析

齿轮是工业生产中应用极为广泛的一种零部件,尤其是大型弧齿锥齿轮加工难度大、应用范围广,更是需要对大型弧齿锥齿轮的生产引起足够的重视。我公司生产的弧齿锥齿轮中的从动轮,硬切后全部于齿的小端端面、在700C锐角处一侧产生掉渣。其数量达到齿数的50%,掉渣尺寸约为10×8×(1.5~0.5)。本文在完成大型弧齿锥齿轮生产工艺进行分析的基础上通过采用外观观察、金相分析等的手段对大型弧齿锥齿轮端面掉渣的原因进行分析。     

裂纹对弧齿锥齿轮传动系统振动特性影响研究

为全面掌握裂纹对弧齿锥齿轮传动系统振动特性影响,用Pro/E软件建立了无裂纹和含裂纹弧齿锥齿轮完整的三维接触模型,并基于有限元分析软件ANSYS对模型进行了仿真模拟与数值计算,得到了啮合刚度的变化规律。借助置于转子上弧齿锥齿轮传动系统8自由度动力学模型,建立了非线性振动方程并使用MATLAB软件的ode45()函数对其求解,得到了无裂纹和有裂纹两种状态下的系统振动响应。发现裂纹不仅对弧齿锥齿轮传动系统振动大小有影响,而且对系统振动的形式也有影响,甚至会导致系统产生拟周期振动和混沌振动,使系统的有序性降低,工作性能变差。从而得出可以根据振动特性的变化来对弧齿锥齿轮结构的损伤进行故障诊断的结论。     

双主轴行星式弧齿锥齿轮指状铣刀盘结构方案设计研究

为了实现硬齿面弧齿锥齿轮的铣削，提高超人规格弧齿锥齿轮寿命，构造了一个双主轴行星式弧齿锥齿轮指状铣刀盘方案设计系统。设计人员在结构设计时，首先要对新的设计问题进行分析，计算并审核零部件的结构参数，加工与检测，最终形成双主轴行星式弧齿锥齿轮指状铣刀盘的结构设计方案。同时。为了帮助企业立即实现盈利，运用现有的机床进行改造，设计方案规范化，提高企业竞争力。     

弧齿锥齿轮基本参数优化设计

为改善因传统机械式机床加工运动受限而采用局部共轭接触造成的齿面接触区域小的现状,同时为提升齿面接触性能,提出了一种弧齿锥齿轮基本参数优化设计方法。基于齿轮副全齿面接触的实现方法,以齿轮基本参数为优化变量、排除啮合界限线和根切界限线（以下简称为“2类界限线”）及防止齿顶变尖为约束条件,建立了以传动润滑性能综合参数和齿面瞬时接触线总长度最大为目标的齿面接触性能多目标优化数学模型。引入更加适合模型本身的现代多目标骨干粒子群算法求解最优基本参数。以一个具体的弧齿锥齿轮为研究对象,对比基本参数优化设计前后齿面的接触性能指标。数值仿真结果表明,优化后2类界限线分布于工作齿面区域外,表征润滑性能的综合参数的最小值和表征承载能力的齿面瞬时接触线总长度的最小值都有明显提升。有限元模型仿真结果表明,优化后工作齿面无干涉且呈全齿面接触。该研究提供了一种快速可行的弧齿锥齿轮基本参数最优设计方法,为弧齿锥齿轮的优化设计提供了参考。     

基于AutoCAD的齿轮造型方法研究

为解决渐开线齿轮的精确造型问题,提出了齿廓渐开线曲线的计算公式。基于 AutoCAD 的 ActiveX Automation 接口与 Visual Basic 编程语言,采用非均匀有理 B 样条拟合方法,实现了齿廓曲线的自动生成。在齿廓基础上,利用 AutoCAD 实体建模功能创建齿轮三维模型。该方法可以提高渐开线齿轮造型精度与效率,从而为渐开线齿轮的有限元分析提供了必要条件。     

基于Pro／E的弧齿锥齿轮参数化造型

利用Pro／E参数化设计的概念对弧齿锥齿轮进行了参数化设计,详细介绍了弧齿锥齿轮的造型方法,当修改齿轮设计参数时,系统可实现齿轮三维模型的自动更新．     

圆弧齿锥齿轮接触动力学分析

运用三角网格方法重构了三维离散的圆弧齿啮合齿面模型。基于多体动力学理论和迟滞接触动力学方法,提出了考虑全齿面动态接触关系的螺旋锥齿轮三维接触动力学模型和动力学分析方法。运用三角网格单元接触的包围盒搜索技术和微分代数方程求解方法,仿真分析了单侧齿面接触、双侧齿面接触、负载扭矩和齿侧侧隙等因素对齿轮啮合传动特性的影响,获得了圆弧齿啮合全齿面接触冲击力,力矩和角速度等齿轮啮合传动的动态响应特性。研究表明：新方法和动力学模型较好地模拟了圆弧齿锥齿轮的承载特性和啮合接触动力学特性,对以动力学特性为目标的圆弧齿锥齿轮设计和齿轮系统动力学研究提供了理论参考。     

双圆弧弧齿锥齿轮齿根应力沿齿长分布的研究

 用有限元方法，对双圆弧弧齿锥齿轮沿齿长方向齿根应力进行了计算． 通过应力计算结果的分析，得出了凸、凹两齿侧应力沿齿长的分布规律．计算结果表明，对凹齿侧，最大应力发生在靠近小端处；对凸齿侧，最大应力发生在靠近齿长中点大端处．     

网络化螺旋锥齿轮齿面加工集成制造系统

网络化螺旋锥齿轮齿面加工集成制造系统是在计算机网络技术、螺旋锥齿轮测量技术和螺旋锥齿轮数控加工技术综合运用的基础上而发展出来的,是今后世界螺旋锥齿轮齿面加工技术的发展潮流。文中介绍了它的工作原理、应用现状和发展前景;说明了与传统的螺旋锥齿轮加工方法相比其优点所在;阐述了实现网络化的螺旋锥齿轮齿面加工集成制造系统所需的软件、硬件和人员要求。     

基于分段间隙函数的螺旋锥齿轮时变啮合参数分析

刚度和阻尼等啮合参数是螺旋锥齿轮非线性振动的主要影响因素。考虑啮合刚度和啮合阻尼的时变性,采用二次谐波形式展开,建立了螺旋锥齿轮副振动平衡方程。基于不同啮合状态下间隙函数的变化,研究了啮合刚度及啮合阻尼在三种啮合状态下对螺旋锥齿轮副啮合特性的影响规律。采用Matlab进行分析,给出了平均啮合阻尼、谐波啮合阻尼、主谐波啮合刚度和次谐波啮合刚度对啮合点振动位移的影响曲线。结果表明增大平均啮合阻尼和降低主谐波啮合刚度会降低振动位移峰值,提高齿轮传动平稳性。     

基于OpenGL的双圆弧齿轮专用三维实体软件DAM的开发

在齿面接触强度和轮齿弯曲强度方面,双圆弧齿轮比渐开线齿轮高,但其几何设计和力学计算比较复杂.为了推广这种性能优异的齿轮,必须实现设计自动化．DAM软件正是针对这一目的开发的,它是基于OpenGL图形内核,集几何设计和力学计算乃至数控代码生成于一体的专业圆弧齿轮软件．限于篇幅,主要介绍几何设计部分．