曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算

针对现有弧齿锥齿轮加工参数计算方法,接触点综合纷繁复杂的问题,提出ease-off曲面综合法。从微分几何学出发,给出二阶密切曲面的定义及其构造方法;在二阶精度范围内,密切曲面与原有曲面具有相同的微分几何属性,从而可以替代原有的曲面分析。通过弧齿锥齿轮加工的产成模型,构造大小轮共轭齿面的ease-off差齿面,利用ease-off差齿面的密切曲面完整地拓扑齿面接触区;利用齿面接触区的可控参数综合确定小轮齿面的接触参数,进而通过数值优化方法求解小轮的加工参数。籍助ease-off密切曲面进行了啮合仿真,完整呈现了齿面接触区大小形状、接触路径方向、抛物线失切量等轮齿啮合信息。所提出的方法适宜于数值方法,基于齿面接触区的完整性,实现了齿面啮合性能较好控制。     

基于差齿面拓扑的轮齿承载拟赫兹接触分析

基于齿条曲面多项式与齿轮公切共轭产形原理,建立了数值齿面、差齿面ease-off模型;通过ease-off曲面映射,解析了齿面接触路径、传动误差、接触线等轮齿啮合特性信息。利用势能法、变形协调方程与拟赫兹接触分析解决了齿面载荷计算、边缘接触应力求解问题,获得了轮齿啮合刚度、传动误差、齿间载荷分担、载荷分布、接触应力等齿面啮合的时变历程特性。计算结果与第三方软件的计算结果具有较好的一致性。     

Ease-off拓扑修形齿面拟赫兹接触与摩擦特性分析

齿轮啮合界面的润滑分析一直受到齿面几何与载荷参数计算的限制.目前轮齿承载接触分析(Loaded contact analysis tooth,LTCA)方法主要局限于三维有限元建模分析,因其模型固化、运算量巨大制约了齿轮传动摩擦学的应用.从ease-off曲面拓扑出发,对齿轮啮合刚度、LTCA计算方法进行了解析,获得了齿面几何与力学参数;提出了离散接触线有限元、拟赫兹接触啮合仿真与混合弹流润滑(Elastohydrodynamic lubrication,EHL)分析方法,解决了齿面边界瞬时接触区仿真与混合EHL分析的求解问题;利用EHL油膜厚度与摩擦因数经典计算公式,快捷求解了齿面瞬时接触线上的油膜厚度、摩擦因数,获得了齿面摩擦功耗分布规律与变化历程.为齿面拓扑设计与摩擦学分析提供了一种便利快捷的计算流程.     

采用曲面综合法的复杂齿面微分修形与拓扑结构设计

针对高减比准双曲面(HRH)齿轮空间曲面极端扭转、曲率修正难度大的问题,提出了刀具双向修形点接触齿面修正方法。利用ease-off曲面综合法、齿面微分修形、拓扑结构精益化设计,实现了点接触齿面啮合质量的精确控制。建立了曲面综合法齿面微分精益化设计计算流程,给出了轻修形、内对角重修形、内对角轻修形三种拓扑结构设计形式;利用齿面承载接触分析(LTCA)方法,对比了上述三种形式的齿面啮合刚度、传动误差及载荷分布特性,其中内对角轻修形方式的接触性能最好。进行了HRH齿轮动态啮合性能试验,齿面接触斑点检验了点接触齿面ease-off梯度特征。研究结果表明,实测振动特性变化规律与啮合刚度、承载传动误差(LTE)理论仿真分析一致。齿轮在较宽转速与载荷范围运转平稳,验证了所设计HRH齿轮的齿形关系正确,微分精益化修形控制良好。     

用差曲面确定螺旋锥齿轮的齿面接触区

本文介绍了差曲面及其计算方法，讨论了它与螺旋锥齿轮齿面接触区的大小和位置的关系，并以Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ螺旋锥齿轮为例建立了齿面修正的数学模型及计算出了差曲面，从而为齿面接触分析提供了一种新的辅助研究手段。     

螺旋锥齿轮拟合齿面啮合特性分析方法

已知齿面测量的采样点，利用微分几何及Ferguson参数样条曲面原理，建立了螺旋锥齿轮齿面拟合的数学模型。根据优化求极值复合形方法和共轭理论，通过变定义域，快速求解齿轮副拟合齿面接触点，并运用V—H接触区调整方法，研究了拟合齿面接触迹、接触区和运动误差曲线的求解算法，绘制出相关图形并给出了实例。     

高减比准双曲面齿轮摩擦功耗分析与效率试验

针对高减比准双曲面(HRH)齿轮拓扑曲面复杂的问题,利用对偶等切共轭的方法,构建了HRH齿轮齿面模型与ease-off曲面,解析得到齿面接触点曲率参数、卷吸速度、滑滚比等运动学参数。利用接触线微分单元法建立轮齿刚度、载荷与变形协调方程,进行承载接触分析(LTCA)计算,获得了齿面载荷与接触应力分布规律;结合弹流润滑(EHL)摩擦因数经验公式,解决了瞬时接触区畸变、EHL参数计算问题。分析了齿面上油膜厚度、摩擦因数、摩擦功耗的分布规律。通过传动效率试验验证了所给出的LTCA、摩擦功耗分析与啮合效率计算模型。     

线面共轭啮合原理及齿面构建方法

定义曲线与曲面共轭啮合的概念,即给定运动的两构件上的一条光滑曲线和一个光滑曲面始终保持连续相切接触,并给出由共轭啮合副齿面形成曲线与曲面共轭啮合的一般方法,在共轭啮合副的一个齿面上构建啮合管齿面与另一齿面相啮和;提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法,推导啮合管齿面方程、接触曲线方程等,给出啮合曲线选取的条件以及啮合管齿面半径的选取范围,从而建立以啮合曲线为脊线构建管状共轭齿面的理论;以摆线针轮行星传动为例,构建针齿螺旋管齿面,讨论线面共轭摆线针轮行星传动的特性;分析表明,线面共轭具有点接触特性,通过构建合适的线面共轭啮合副,可获得近似纯滚动啮合,齿面滑动率小,传动效率高。     

共轭曲面原理中的界限曲线、奇异解、补充共轭曲面与曲面的共轭性分析

本文讨论了两种界限曲线,即共轭界限和曲率干涉界限曲线。区分和研究了共轭曲率问题中的五种类型的奇异解,即脊点型,面性接触型,不定型、固定型和准面性接触型。此外,还解释了对应于两种界限曲线的两类补充共轭曲面。最后,在本文中介绍了确定曲面在共轭接触中的特性的一种新的分析程序,即曲面的共轭性分析。     

曲面综合法少齿数弧齿锥齿轮加工参数计算仿真与切齿试验

少齿数高减比齿轮传动具有体积小和轻量化的优势。根据综合变位和节锥外啮合原理,设计了一对高减速比弧线等高齿锥齿轮,给出了相关的几何限制条件,推导了大、小轮齿面方程。大轮采用成形法加工,小轮采用单面展成法加工,为弥补大轮齿廓曲率的不足,小轮刀齿采用圆弧刃修形,采用曲面综合法优化求解了小轮加工参数;通过建立ease-off差齿面,对齿面修形梯度、传动误差、接触路径与接触线进行了仿真。切齿和滚检试验,验证了高减比弧齿锥齿轮几何设计、刀盘修形加工方法的可行性。     

Ease-off修形准双曲面齿轮齿面动态抗磨设计与分析

为了改善准双曲面齿轮动态性能、减小齿面磨损提出齿面动态抗磨修形设计与分析方法。小轮修形齿面表示为共轭齿面与法向Ease-off曲面两个矢量的和,Ease-off曲面通过预置抛物线修形参数及几何传动误差参数表达。提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析（Tooth contact analysis with wear,WLTCA）数值方法,该方法通过承载接触分析（Tooth contactanalysis,LTCA）方法获得啮合刚度及齿面静载荷,在此基础上根据动力学分析获得齿面动载荷,结合Archard磨损公式进一步获得齿面磨损量,将齿形更新时的同时啮合齿对的磨损量叠加到齿对的初始间隙,为磨损后的LTCA计算提供准确的参数,重复以上循环可得到齿形更新后齿面上任一点的磨损深度及次数。以无磨损时法向相对振动加速度均方根最小、齿面磨损量最小进行修形优化获得最优Ease-off曲面;分析齿面磨损与系统动态响应之间的耦合作用。结果表明最优Ease-off齿面主要通过齿廓修形减少了磨损量,有效改善了系统动态响应。该方法充分考虑了齿面修形、磨损、动态响应的耦合性且计算效率较高,为高性能准双曲面齿轮齿面抗磨、减振设计与分析提供理论参考。     

近似面齿轮传动的齿面拓扑修形主动设计

为了提高面齿轮的磨齿效率,采用不做齿向进给运动的大半径盘形砂轮磨齿得到的面齿轮具有近似齿面,然而该近似面齿轮与双向修形小轮的啮合性能不够理想.因此进一步通过啮合理论重新构造小轮齿面,并根据预设的啮合性能对该新构造的小轮齿面进行拓扑修形设计,以控制近似面齿轮传动的啮合性能.小轮的拓扑修形齿面采用盘形砂轮局部点共轭法磨齿加工,建立了小轮拓扑修形齿面与加工参数之间的线性方程.用实例说明了所提方法的应用,齿面接触分析结果与给定的啮合性能基本一致.     

弧齿锥齿轮双重螺旋法切齿原理及齿面接触分析研究

弧齿锥齿轮双重螺旋法具有高效、可实现干切削的特点,是Gleason制弧齿锥齿轮的先进加工方法。为揭示双重螺旋法的切齿原理,以大轮成形法加工的弧齿锥齿轮双重螺旋法为研究对象,以啮合原理和微分几何学为基础,根据刀盘、机床、工件之间的运动位置关系,利用矢量法、基于齿面3个参考点建立切齿数学模型,推导机床调整参数的计算过程;然后,以齿槽中点作为参考点,修正弧齿锥齿轮副的齿坯几何参数;另外,以小轮产形面方程代替其共轭齿面方程,提出新的齿面失配设计新方法,与传统方法相比简化计算过程。以一对7×43的准双曲面齿轮副为例进行设计计算和切齿加工,齿面接触分析与滚动检查结果验证所提出的双重螺旋法切齿原理的正确性,并根据该切齿原理开发弧齿锥齿轮双重螺旋法的设计软件,为该方法在国内的推广提供理论基础与技术支撑。     

弧齿锥齿轮的齿面主动设计

齿面印痕和传动误差对齿轮传动的性能起着决定作用,针对齿面印痕和传动误差,提出弧齿锥齿轮点啮合齿面主动设计的方法。该方法突破了传统齿轮设计的局限性,采用“局部共轭原理”和“局部综合法”,并依据弧齿锥齿轮的加工原理,使齿轮设计人员能够按照要求的传动性能来设计齿面的形状,并可在摇台结构的铣齿机进行加工。齿面主动设计能保证齿面在整个啮合过程中满足预先设计的传动误差和齿面接触路径的要求,从而达到对齿面啮合质量的全程控制,它为弧齿锥齿轮副设计提供新的方法和途径,这对于高速和重载齿轮以及有特殊要求的齿轮的设计具有十分重要的意义。     

一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

提出一种接触印痕位置参数分析法,用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能,采用局部综合法,设计弧齿锥齿轮加工参数,得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下,计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下,进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标,分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量,采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时,对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象,依据上述方法,确定出不同类型安装误差的可变动范围,验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。     

考虑轮齿制造误差的螺旋锥齿轮加载接触分析

从可靠性理论出发 ,对轮齿误差进行分析 ,在此基础上 ,用空间共轭曲面啮合理论 ,确定出螺旋锥齿轮齿面点矢函数 ,建立螺旋锥齿轮考虑误差的轮齿加载接触分析方法 ,在加载条件下对齿轮副的真实接触区、接触点迹、运动误差、某一瞬时同时啮合的对数、齿间载荷分配问题等进行了分析     

Mathematical model and meshing analysis of internal meshing gear transmission with curve element

A new internal meshing gear transmission with curve element is put forward in this paper. The mathematical principle of tooth profile generation is described based on conjugate curves theory. For a given spatial curve, the meshing equation and its conjugated spatial curve under the motion law were derived. Considering the equidistant kinematic method, general internal tooth profiles models were established by the conjugate-curve pair. Numerical example of the internal gear pair was developed according to gear parameters and gear solid models were established by MATLAB and UG software. Motion simulation result shows that the gear pair satisfies point contact condition and design requirements. Meshing analysis of tooth profiles using FEA method was carried out. Stress analysis results of tooth profiles with single point contact and two points contact were, respectively, obtained. The conclusions lay the foundation for multi-point contact generation and tooth profile design. Also, further studies on transmission characteristics and manufacturing technology of the new gear drive will be carried out.

     

Influence of tooth modifications on tooth contact in face-hobbed spiral bevel gears

In this study the influence of tooth modifications induced by machine tool setting and head-cutter profile variations on tooth contact characteristics in face-hobbed spiral bevel gears is investigated. The concept of face-hobbed spiral bevel gear generation by an imaginary generating crown gear is applied. The modifications of tooth surfaces are introduced into the teeth of both members. The lengthwise crowning of teeth is achieved by applying a slightly bigger radius of lengthwise tooth flank curvature of the crown gear generating the concave side of pinion/gear tooth-surfaces, and by the variation of machine tool settings in the generation of pinion/gear teeth. The ease-off in the tooth height direction of meshing tooth surfaces is achieved by applying a head-cutter whose profile consists of two circular arcs, instead of a straight-line. The method of tooth contact analysis applied determines the path of contact, the potential contact lines, the separations along these lines, and the transmission errors. A computer program implements the method. By using this program the influence of the variation of machine tool settings and of head-cutter geometry on tooth contact is investigated and discussed.