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。     

金刚石纳米颗粒对齿面接触刚度的影响研究

为探究金刚石纳米颗粒作为润滑添加剂时对齿面接触刚度的影响,基于Hertz接触理论,建立微凸体接触模型与混合润滑模型,求解纳米颗粒百分含量和齿轮转速变化时的齿面接触刚度。研究表明:纳米颗粒的适宜百分含量为10%～15%,此时可获得较为满意的齿面接触刚度。纳米颗粒相接触刚度和油膜刚度随齿轮转速的增加而不断减小,因而导致齿面接触刚度不断减小。     

齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究

针对双渐开线齿轮传动动态特性问题,通过建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合考虑齿面摩擦与齿轮啮合刚度二因素,对双渐开线齿轮传动系统进行了有限元模态分析,运用响应曲面法研究了齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮振动变形和模态频率的影响;选取不同模态阶数对双渐开线齿轮传动系统进行了动态特性研究,分析了不同模态阶数下双渐开线齿轮的振动变形与模态频率变化状况。研究结果表明,随着齿面摩擦因数与齿轮啮合刚度的增加,不同模态阶数下双渐开线齿轮传动系统各阶振动变形与模态频率均显著增加,齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性有一定影响,在对齿轮传动系统进行动态特性研究时,必须对齿面摩擦与齿轮啮合刚度进行充分考虑。     

渐开线齿轮传动的扭转刚度研究

齿轮传动刚度的计算对于动力传动系统的振动噪声研究具有重要意义,基于Abaqus软件的有限元计算研究了渐开线齿形的直齿轮啮合扭转刚度。研究中,采用了接触模型处理了齿与齿之间的啮合关系,得出单齿模型整个啮合周期内多个状态下的扭转刚度结果,分析了齿轮刚度计算的石川公式,并与有限元计算结果进行了比较,分析了精度和误差来源。还采用接触有限元模型计算了全齿轮模型啮合刚度,得出直齿轮啮合刚度的变化规律。根据直齿轮有限元计算结果,给出了斜齿轮啮合扭转刚度的快速计算方法。     

齿面磨损对齿轮啮合刚度影响的计算与分析

不考虑润滑剂影响,针对理想渐开线直齿圆柱齿轮,研究存在齿面磨损时齿轮啮合刚度的计算方法。基于齿轮共轭啮合原理计算滚齿加工条件下的齿廓曲线。根据Timoshinko梁理论,考虑轮齿弯曲变形、剪切变形、压缩变形、齿轮基体变形和赫兹接触变形,计算齿轮啮合刚度。针对运行过程中的齿面磨损,提出轮齿等弧长离散方法,分析齿面磨损对离散微元短梁的截面面积、截面面积矩和实际接触齿宽的影响,计算分析存在均匀磨损、微点蚀和宏观点蚀等齿面磨损时的齿轮啮合刚度。结果表明,100μm深的均匀磨损导致的啮合刚度变化不到2‰;齿面产生15%的微点蚀时,啮合刚度变化在10%以内,啮合刚度对早期齿面磨损不敏感。本研究为计及齿面磨损的齿轮动力学建模提供了一条技术路径。     

齿面接触闪温对齿轮啮合特性的影响分析

齿轮啮合过程中能量损耗引起的齿廓形变改变了齿轮啮合状态,基于Bloke闪温理论,推导出了齿面接触闪温随齿轮啮合点位置变化的表达式,计算了齿面接触闪温引起的齿廓形变;通过Hertz接触理论,推导出齿面接触闪温对啮合刚度的影响表达式。对模型进行研究,分析了摩擦因素随啮合点位置的变化规律,载荷、转速对齿面最大接触闪温的影响,齿面接触闪温对齿廓形变和啮合刚度的影响。仿真结果显示,齿面接触闪温对轮齿啮合刚度的影响较大,在非线性动力学分析中应予以考虑。     

增速齿轮副非均匀磨损时变啮合刚度研究

以某渐开线直齿圆柱增速齿轮副为研究对象,基于Hertz接触理论与Archard磨损公式,推导齿轮副齿面接触应力与相对滑动速度,建立齿轮副非均匀磨损模型,计算了不同循环次数下齿面磨损深度;基于势能法推导基圆与齿根圆不同位置下轮齿非均匀磨损时变啮合刚度解析公式,研究了非均匀磨损对时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,磨损深度在渐开线齿廓上分布不均匀,节圆附近的磨损最小,齿顶齿根处磨损深度较大,且齿顶处累积磨损深度最大;齿面磨损深度随循环次数增加而增大,齿轮时变啮合刚度随磨损深度增加而减小,且双齿啮合区刚度减小量大于单齿啮合区。     

基于Abaqus软件的硬齿面渐开线直齿圆柱齿轮传动强度分析

对实例的硬齿面渐开线直齿圆柱齿轮传动进行了传统理论设计,并基于ABAQUS软件对硬齿面渐开线直齿齿轮传动的三维模型做了静力分析,得到其接触应力图和等效应力图。将有限元软件的分析结果与传统理论设计计算结果相比较,明确了硬齿面齿轮传动的失效形式,提出了一种优化思想。     

斜齿面齿轮齿面接触问题的有限元-线性规划解法

提出了一种基于有限元及线性规划计算斜齿面齿轮齿面接触区域载荷分布及啮合刚度的方法。建立了斜齿面齿轮齿面的数学模型,基于matlab实现其齿面及接触轨迹的可视化;基于有限元思想,并结合线性规划改进的单纯形算法,得到齿面接触区域各点载荷分配;根据接触区域平均变形量和载荷计算了啮合齿对的啮合刚度;计算了接触区域最大压应力,并与Hertz理论的计算结果进行对比,验证该线性规划算法的有效性。     

渐开线弧齿圆柱齿轮及其啮合特性

阐明了渐开线弧齿圆柱齿轮的主要几何参数，利用微分几何理论推导出渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面方程、共轭齿面方程以及齿轮副的啮合线、齿面接触线表达式，并通过计算机编程对弧齿圆柱齿轮的齿面、共轭齿面、啮合线及齿面接触线实现图形绘制，直观地揭示了弧齿圆柱齿轮在传动过程中的啮合特性。渐开线弧齿圆柱齿轮具有较长的齿面接触线和较大的啮合重合度，齿轮副啮合平稳性好。     

齿面微观形貌对齿轮运动稳定性的影响

为了研究齿面微观形貌对齿轮运动稳定性的影响,引入分形理论,通过真实齿面的特征数据,实现圆柱直齿轮齿面形貌的模拟;借助W-M函数、M-B分形接触模型和Hertz接触公式,建立考虑齿面凹凸不平的刚度和阻尼数学模型;分析不同加工方法对齿面法向接触刚度和阻尼的影响,运用MATLAB和ADAMS研究齿面法向阻尼对齿轮啮合振动特性影响的规律。结果表明,齿面微观形貌影响齿轮运动平稳性;加工方法影响齿轮的啮合刚度和阻尼;电化学光整加工与磨削和铣削加工相比,法向接触阻尼更大,更有助于减少齿轮振动,提高齿轮运动稳定性。     

弧齿锥齿轮传动系统动态特性研究

基于集中质量法建立了弧齿锥齿轮8自由度弯-轴-扭三维空间动力学模型.模型中考虑了啮合刚度的时变性、几何传递误差的非线性、齿轮副间隙及轴承刚度的非线性.利用齿面接触分析与齿面承载接触分析求出几何传递误差与轮齿综合啮合刚度,利用轴承变形理论求出系统非线性支承刚度,使用Runge-Kutta法对传动系统进行动态响应求解,并研究了这些因素对弧齿锥齿轮振动的影响.结果表明:几何传递误差是影响齿轮振动的最主要因素,由啮合刚度变化引起的一系列振动受转速与负载的影响较大.     

新型环面渐开线齿轮齿面生成和几何特性研究

环面渐开线齿轮是一种对安装误差不敏感,无须修形就具有良好啮合性能,并且加工便捷的新型齿轮。根据环面渐开线齿轮的加工原理,从产形齿条的齿面方程出发,推导了凸环面渐开线齿轮和凹环面渐开线齿轮的完整齿面方程;利用MATLAB编程计算出环面渐开线齿轮齿面上点的三维坐标值,生成了精确齿面,并在Pro/E中建立了齿轮的实体模型;基于齿面数学模型,通过计算仿真对环面渐开线齿轮的根切与尖化现象进行了分析,获得了环面渐开线齿轮的根切界限曲线、尖化初始点以及不发生根切与尖化现象的最大齿宽;根据已生成的齿面进行有安装误差条件下的齿轮接触分析,证明了环面渐开线齿轮对安装误差不敏感。       

采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究

为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。     

凹形圆锥渐开线齿轮的滚齿法

凹形圆锥渐开线齿轮 (ConcaveConicalInvoluteGear)是一种新型的圆锥渐开线齿轮 (ConicalInvoluteGear) [1～ 3 ] 。圆锥渐开线齿轮的齿面间呈点接触[4] ,所以齿面强度比低 ,而凹形圆锥渐开线齿轮的齿面呈凹状 ,齿面间呈椭圆状面接触[3 ] ,克服了圆锥渐开线齿轮齿面强度低的弱点 ,同时又具备圆锥渐开线齿轮的全部优点。这种新型齿轮不仅能实现平面齿轮机构的功能[5] ,也能实现空间齿轮机构的功能[6] ,具有替代传统的非渐开线型空间齿轮机构的可能性 ,所以是一种极具发展前景的机械传动零件。目前加工凹形圆锥渐开线齿轮均采用先滚齿成圆锥渐开线齿轮然后再逐一把齿面磨齿成凹形的加工方法[7] ,这种两步加工方法 ,比传统的手工修型加工方法 ,已是极大的进步 ,可是凹形圆锥渐开线齿轮的加工依然存在成本高 ,周期长 ,精度低等问题。为此有必要确立凹形圆锥渐开线齿轮的高精度的一步加工方法。本研究首先从理论上确立了凹形圆锥渐开线齿轮的滚齿加工法 ,然后利用上述理论 ,实际加工了一组凹形圆锥渐开线齿轮 ,以证明了凹形圆锥渐开线齿轮的滚齿加工法的可行性及正确性     

双渐开线齿轮齿面摩擦力对接触应力的影响

建立双渐开线齿轮有限元模型,分析齿面摩擦力对接触应力的影响,并与渐开线齿轮进行对比。结果表明:相同摩擦状态下,双渐开线齿轮与渐开线齿轮的最大等效接触应力的数值差别不大,但接触应力分布不同,渐开线齿轮节点附近接触应力比较高,双渐开线齿轮节点以下靠近齿根处接触应力比较高;齿面摩擦力对接触应力分布的影响不大,但对接触应力数值的影响很大,因此在进行接触应力分析时,必须考虑齿面摩擦力的影响;通过改变齿面间的润滑条件,减小齿面摩擦力,是提高齿轮抗点蚀能力和接触疲劳寿命的有效方法。     

圆弧齿廓面齿轮齿面设计

针对渐开线齿轮传动存在的缺点,综合面齿轮传动的各项优点,将圆弧齿廓应用于面齿轮,提出圆弧齿廓面齿轮传动。采用理论分析、数值计算与物理实验相结合的研究方法对圆弧齿廓面齿轮齿面进行设计。基于齿轮啮合原理和微分几何理论,首先对圆弧齿条基本齿形的共轭齿形齿条齿面方程进行建模,然后利用包络成形理论推导出了加工圆弧齿廓面齿轮的刀具齿面方程,进而由刀具与圆弧齿廓面齿轮互为包络成形理论推导出面齿轮的工作齿面及过渡曲面的方程。最后应用MATLAB软件编程求解出齿面点集并导入到CATIA软件中自带宏程序的EXCEL表格中,运行宏程序并生成轮廓曲线,再利用曲面拟合的方法得到圆弧齿廓面齿轮的三维物理齿面。经与切齿包络仿真模型对比,验证了其准确性。     

基于分形理论的齿面形貌模拟方法研究

为了研究齿轮的齿面形貌对齿轮啮合的影响,引入分形理论,从而实现渐开线齿轮的齿面形貌模拟。通过分形理论中的W-M函数、渐开线方程和螺旋线方程,并运用Matlab编程对渐开线直齿轮和斜齿轮进行齿面模拟,观察仿真发现:随着分形维数的增加,齿面形貌由不规则波动向平整过渡,因此适当提高齿面维数有利于齿面质量的提高。研究为后续进一步研究齿轮啮合过程中的力学特性提供了前期理论基础。     

基于分形理论的变齿厚齿轮接触应力分析

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算变齿厚齿轮的接触强度,并与有限元计算结果进行比较,验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系,并对4个基本参数进行仿真,分析分形接触模型的效果。结果表明,通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图,验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论,对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析,验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性,该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。     

基于齿面通用模型的不同齿廓内啮合章动锥齿轮建模与接触分析

内啮合章动弧齿锥齿轮齿面数学模型推导过程较为复杂。为了建立不同齿廓章动锥齿轮模型并进行加载接触分析,利用通用法向基本齿廓建立了假想媒介冕齿轮齿面通用数学模型。根据冕齿轮与章动内啮合弧齿锥齿轮的啮合关系,推导得到适于不同齿廓的章动弧齿锥齿轮齿面通用数学模型。再以渐开线与双圆弧为法向基本齿廓,分别建立了渐开线和双圆弧两种齿廓的章动弧齿锥齿轮齿面模型及其三维模型。利用有限元软件分别对高低功率、不同齿廓的章动内啮合弧齿锥齿轮进行了加载接触分析。结果表明,负载大小对渐开线弧齿锥齿轮的加载接触特性影响较大;双圆弧弧齿锥齿轮相对于渐开线弧齿锥齿轮具有承载能力更大、传动更平稳的优点。