含扭曲误差的鼓形斜齿轮接触分析

基于修形齿面的扭曲误差产生机理,推导出含扭曲误差的鼓形斜齿轮齿面数学方程;建立含扭曲误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮的轮齿接触分析(Tooth contact analysis, TCA)模型;并从计算齿面扭曲量的公式中选取螺旋角和修形量两个主要设计参数,分析其对传动误差和接触椭圆的影响规律。结果表明：齿向修形斜齿轮的修形量和螺旋角越大,齿面扭曲现象越严重;修形量和螺旋角增大使得传动误差幅值增大,影响传动平稳性;修形量对接触椭圆面积的影响小,而螺旋角增大,接触椭圆面积减小,使得接触应力增大,通过有限元分析验证螺旋角和修形量对齿面接触应力的影响;通过调整修形量和螺旋角可以控制扭曲量、传动误差幅值和接触椭圆面积,这对齿向修形斜齿轮的优化设计有较大的参考价值。     

小角度相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮传动修形啮合特性分析

推导了考虑齿向修形与齿廓修形条件下的渐开线变厚齿轮齿面数学方程,采用有限元法建立了相交轴渐开线圆柱与变厚齿轮副有限元啮合模型,研究了单独齿向修形,单独齿廓修形与组合修形等不同的修形方式和修形量对接触印痕、齿根应力与传动误差的影响规律。结果表明:与修形前相比,变厚齿轮和圆柱齿轮单独齿向鼓形修形使得齿面接触区域减小,齿面接触应力与齿根弯曲应力增大,传动误差峰峰值增加;圆柱齿轮齿向边坡修形可以使得接触印痕从小端移动至轮齿中部,解决偏载现象;齿廓鼓形修形使得接触印痕呈现增大趋势,可以消除边缘接触现象;接触印痕对齿廓边坡修形最为敏感;变厚齿轮齿廓鼓形修形和圆柱齿轮齿向边坡修形的组合修形方式明显增加接触印痕面积,降低接触应力和传动误差。     

三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动强度分析

以三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动为研究对象,基于共轭啮合理论推导修形齿轮齿廓方程,建立齿轮齿条传动三维接触有限元分析模型,通过罚函数法建立动力接触系统有限元方程,仿真计算齿轮齿条传动的综合位移、等效应力及齿面接触应力。建立含齿廓修形和轴线偏差的齿轮齿条接触有限元模型,分析了轮齿修形与轴线偏差对齿轮齿条传动啮合性能的影响,为三峡升船机的可靠运行提供依据。     

正交面齿轮副小轮齿面鼓式修形技术研究

齿轮修形可有效改善齿轮的传动性能,使齿轮副之间的传动更加平稳,目前面齿轮传动修形研究多以圆柱小齿轮为主,文章对渐开线圆柱齿轮齿廓修形和齿向修形原理进行了综合论述,针对鼓式修形技术,推导了齿向鼓形修形齿面方程,并得出双鼓修形齿面方程,为改善面齿轮传动性能提供借鉴与参考。     

圆弧齿廓刀具及齿向鼓形的斜齿轮拓扑修形

齿轮修形是改善齿轮传动特性的一种重要手段。提出了新的齿廓方向刀具圆弧修形及齿向鼓形修形的拓扑修形方案,利用齿轮啮合原理、齿轮接触分析(TCA)技术设计了修形参数,并研究了修形齿轮的误差灵敏度,包括螺旋角和压力角误差对接触印痕及传动误差的影响。研究表明,这种修形方案的误差灵敏度低,而且没有边缘接触,啮合性能较好。研究成果为斜齿轮修形设计提供了理论依据。     

参数化修形的直齿轮副啮合性能研究

齿轮的参数化修形设计可以快速、有效地改善轮齿啮合性能。在UG中建立全参数化的直齿圆柱齿轮模型,针对某一工况进行参数化的齿廓与螺旋线联合修形,在Hypermesh和Workbench中对其进行有限元仿真,获得不同修形情况的齿轮啮合特性。对比仿真结果可知,针对同一工况,选择合适的修形方式、修形参数值可以明显改善啮合效果。同时,通过齿轮台架试验,对比修形前后的齿轮振动数据,发现经过修形的齿轮振动特性明显优于未修形齿轮。结合仿真与试验结果分析可得,螺旋线鼓形修形对于齿面偏载有较好的改善效果;齿廓修形能明显改善轮齿间的载荷分配;综合齿廓与螺旋线修形可以快速得到最佳修形方式及修形量,缩短研发周期。研究为实际工程提供了重要理论参考。     

汽车传动齿轮修形优化分析

分析了齿廓误差和齿向误差对齿轮振动噪声的影响,以及齿廓修形和齿向修形的理论方法.以汽车变速箱中一对斜齿轮为研究对象,利用KISSsoft齿轮专业软件,通过设置基本参数,模拟真实工况条件,确定修形优化方案,对齿轮进行传递误差分析》齿面接触力分析》齿面接触温度分析等,研究了鼓形量对齿面法向接触力的影响,不同齿廓修形曲线对传递误差的影响.结果表明,修形可大幅降低最大齿面接触温度,改善胶合;鼓形修形可有效改善偏载现象;齿廓修形可有效降低齿面最大接触应力;修形曲线选择方面长修形曲线优于短修形曲线.为齿轮减振降噪修形研究提供一定的参考借鉴.     

准静态工况下渐开线直齿轮齿面磨损建模与分析

根据Hertz理论和Archard磨损公式,建立面向真实工况的直齿圆柱齿轮准静态磨损模型,并对其齿面磨损特性进行了数值仿真。计算表明,理想工况下直齿轮副齿面沿齿宽方向均匀磨损,其在节圆附近的磨损量最小,而在小齿轮靠近齿根部位的磨损量最大;当存在啮合偏差时,齿面磨损深度沿齿向不再均布。在此基础上,进一步分析了负载工况和磨损循环次数对齿面磨损量的影响。分析表明,负载转矩和循环次数对齿面磨损量影响显著,近似呈指数映射关系。当以减磨延寿为齿轮设计目标时,必须计入负载工况和齿轮役期的影响。最后,分析了齿轮啮合偏差和微观修形对齿面磨损量的影响。研究表明,从改善齿面载荷分布和减缓齿面磨损角度考量,应严控齿轮啮合偏差量,并可通过制定合适的齿面修形策略来减缓齿面磨损失效。     

基于KISSsoft斜齿轮齿面的优化修形

考虑支撑装置的变形位移对修形结果的影响,利用KISSsoft分析软件对齿轮进行修形,对齿轮分别进行一般鼓形修形和带鼓形的螺旋线修形。根据韦伯切片理论,建立轮齿接触的刚度位移矩阵,利用排列组合增量的方式对齿轮进行优化修形,得到了不同修形量下齿轮的接触压应力、啮合传递峰峰差、齿向载荷分布系数等啮合性能数据;考虑支撑装置的变形位移的齿轮修形更加符合实际齿轮系统的工作环境,对比两种优化修形后齿轮的啮合性能,其带鼓形的螺旋线修形齿轮的齿面接触压应力、啮合传递峰峰差、齿向载荷分布系数比一般鼓形修形要小,为考虑支撑装置下齿轮的修形提供了一种可参考的方法。     

对数修形斜齿轮的接触分析

齿轮修形能减少轮齿边缘应力集中,提高其接触疲劳强度。首次将对数修形曲线应用在斜齿圆柱齿轮修形设计上,建立了斜齿轮接触分析的力学模型,计算分析单齿啮合及双齿啮合时接触区内接触应力分布以及轮齿表层内Mises应力场。结果表明,在不同啮合位置轮齿端部应力集中程度不同;对数修形后的斜齿轮轮齿端部应力集中状况得到了显著的改善;不同接触线上的修形量不同,使得不同啮合位置齿面修形达到相同效果。     

斜齿轮成形磨削齿向修形齿面模型构造与误差评价

砂轮磨削带齿向修形的斜齿轮时,砂轮与齿轮之间的接触线时刻发生变化,其附加运动会使齿向一面产生“修形扭曲”,为此,提出一种高精度建立齿向修形齿面的方法。根据齿向修形原理,推导出成形磨齿的实际接触线方程;通过改变中心距的值,沿齿向得到多组接触线,使用NURBS曲面拟合,得到齿向修形齿面;对影响齿面精度的主要因素齿廓偏差和螺旋线偏差进行分析并提出误差评价模型。以鼓形修形斜齿轮为例,介绍齿向修形齿面构造全过程。磨齿实验验证了模型的准确性以及齿向修形齿面构造的高精度性。     

齿轮齿廓变形规律、传动误差和接触印痕的分析方法研究

通过渐开线齿轮的LTCA分析,获得轮齿的受载变形/刚度变化曲线;采用切片法研究了齿宽方向鼓形修形与齿轮错位对啮合刚度的影响,提出了齿廓啮合变形曲线的便捷分析计算方法,进而获得了包括齿廓修形、齿宽修形在内的齿轮传动误差曲线和接触印痕图,这对齿轮传动误差和接触状态分析和修形优化有着明确的指导作用;并通过Romax商业软件对该方法进行了验证。     

修形齿轮成形磨削误差仿真分析

为进一步提高成形磨齿的齿形修形精度,提出了渐开线齿轮修形齿形通用算法模型。在齿轮齿廓法线方向上进行修形,建立了齿廓修形齿形一般数学模型。齿形修形后齿轮齿面变为非标准渐开线螺旋面,根据齿轮啮合原理,推导出针对修形齿轮磨削的成形砂轮截形的一般数学式。针对某型数控成形磨齿机床,以加工右旋斜齿轮为实例进行仿真加工分析。结果表明:所提齿形修形算法正确可行;由机床各轴间联动实现齿轮加工运动,磨削过程中由于存在齿轮磨削主导面,齿轮右侧齿槽误差分布情况优于左侧齿槽;齿轮齿形最大误差位于修形齿廓齿根过度区域。     

渐开线圆柱齿轮齿廓修形量对轮齿应力的影响

通过对渐开线齿轮修形的分析与研究,采用新的修形方法对渐开线齿轮非工作面进行修形,并建立渐开线齿轮非工作面齿廓方程,根据齿廓方程建立不同修形量的有限元模型,运用Ansys Workbench对单个轮齿进行静力有限元分析,得到齿轮齿根应力云图,通过不同修形量之间的对比,得到修形量与齿根应力变化关系。结果表明,对齿轮进行修形可改善轮齿应力分布,随着修形量的增加,齿根应力呈现减小的趋势。     

人字齿轮直线型对角修形设计及成形磨原理

为了降低承载传动误差波动产生的振动激励，提出了成形磨人字齿轮直线型对角修形优化设计。根据ISO对角修形定义，计算齿顶、齿根修形起始线在旋转投影面上的螺旋角，将修形曲线设计为直线型，给定最大修形量，确定对角修形的齿面方程。利用齿面接触分析和轮齿承载接触分析，以工作载荷下人字齿轮承载传动误差波动量最小为优化目标，采用遗传算法优化对角修形参数。确定以目标修形齿面法向偏差的平方和最小的目标函数，以螺旋角、模数、压力角为设计变量，采用遗传算法分别对齿顶和齿根修形区域进行逼近，从而实现对角修形的成形磨加工。结果表明，人字齿轮直线型对角修形可以将承载传动误差波动量降低到36.65%；采用三截面砂轮成形磨的理论误差控制在1μm以内，获得较高的齿面精度；试验人字齿小轮齿的检测结果控制在4级精度以内，并进行了齿轮副的滚检试验，从而验证该方法的有效性。     

二级斜齿圆柱齿轮传动齿向综合修形优化研究

轮齿修形是改善齿轮传动性能的有效措施之一。以某二级斜齿圆柱齿轮减速器为对象,通过静强度分析和传动误差分析,发现高速级齿轮的接触强度安全系数偏低,存在齿面点蚀的危险;传动误差方面,低速级传动误差相对较大。为改善传动性能,考虑采用齿向鼓形修形及齿向斜度修形相结合的综合修形措施。基于Romax Designer软件,选择遗传算法对齿向综合修形进行了优化研究,得到了相应的优化修形方案。修形后的分析结果表明:接触强度安全系数有所增大,传动误差也有明显减小。     

矿用机械式挖掘机提升减速器齿轮齿向修形研究

大型矿用机械式挖掘机提升减速器齿轮为低速重载硬齿面齿轮,挖掘过程中不可避免会出现齿轮偏载现象,通过对齿轮齿向修形以达到提高其承载能力、改善其接触状态的目的。在建立齿轮薄片理论模型的基础上,运用挖掘机挖掘过程载荷谱确定提升减速器齿轮齿向修形参考载荷,将修形参考载荷作用下的齿轮接触应力最小作为目标,进行提升减速器各级小齿轮(主动轮)的轮齿螺旋线修形,进而将不会出现过大的齿面边缘载荷为目标,进行各级小齿轮的齿向鼓形修形。相比修形前,修形后的齿轮的齿面接触应力显著降低,并且齿面边缘接触状况明显改善。仿真研究结果表明,大型矿用机械式挖掘机提升减速器齿轮齿向修形,对提高齿轮承载能力和改善齿面接触状况均具发挥了积极作用。     

基于齿廓修形的齿轮微点蚀性能试验

对渐开线齿轮的齿顶和齿根进行齿廓修形,并将修形齿轮和未修形齿轮放置在接触疲劳试验台上进行对比试验,通过测量齿廓波动偏差和齿面形貌观察了齿面微点蚀的变化情况.结果表明,相同循环次数下,修形齿轮的微点蚀深度和面积都远小于未修形齿轮;修形齿轮的微点蚀扩展速率也远小于未修形齿轮.当齿轮出现接触疲劳失效时,修形齿轮的循环次数要远高于未修形齿轮的循环次数.由此可以判定,该齿廓修形在很大程度上提升了齿轮的抗微点蚀能力和接触疲劳性能.     

基于正交试验的齿轮修形对RV减速器降噪研究

针对RV减速器运转过程中产生的噪声问题,对渐开线齿轮和摆线齿轮进行齿面修形,基于经验修形公式得到其修形量,建立正交试验表,以RV110E型减速器为研究对象,基于RecurDyn软件得到减速器在不同修形下的噪声值。结果显示,对于渐开线齿轮修形,RV减速器的降噪效果显著,最大噪声值减小了7.78 dB(A)。利用Romax软件建立RV110E型减速器虚拟样机,导入渐开线齿轮修形参数,对比修形前后的仿真结果可知,组合修形后的渐开线齿轮传动误差减小,齿面单位长度载荷峰值减小,齿面偏载问题和噪声均得到改善,有效提高了减速器的传动平稳性。研究结果对不同型号的RV减速器齿轮修形有一定的借鉴意义。     

齿廓修形对齿轮齿面温度影响分析

利用ANSYS软件,进行了齿轮的参数化数学建模,对齿轮齿面温度进行了计算和分析;对渐开线齿轮的齿廓修形进行了介绍,并且计算了齿轮齿廓修形后的齿面温度,比较修形后和未修形齿轮齿面温度的计算结果,得出齿廓修形对齿轮齿面温度的影响.