精密伺服机构微型齿轮啮合刚度的有限元辨识

基于微型齿轮重合度大的特点,首先利用齿轮啮合刚度、轮体刚度以及轮齿刚度间的串联关系,建立单齿啮合的有限元模型,计算出单齿啮合时齿轮的啮合刚度以及主、从动轮轮体刚度和轮齿刚度;再引入重合度的影响系数,得到微型齿轮的平均啮合刚度;进一步分析齿轮平均啮合刚度在中心距误差范围内的变化规律,发现当中心距从标准中心距处开始逐步减小时,齿轮平均啮合刚度缓慢增加;当中心距从标准中心距处开始逐步增大时,齿轮平均啮合刚度显著减小。     

斜齿轮啮合刚度改进算法及其影响因素分析

在势能法的基础上，提出了一种斜齿轮啮合刚度修正算法。该方法考虑了齿轮真实加工时产生的齿根过渡曲线，齿根过渡曲线是刀具展成运动时齿顶尖角所形成的轨迹线，且齿根过渡曲线与渐开线的交点为渐开线的起始点。在刚度计算时，齿根到渐开线起始点用齿根过渡曲线方程来计算，渐开线起始点到齿顶用渐开线方程来计算，运用该方法计算的啮合刚度与实际更加接近。通过与有限元法的对比，验证了该修正算法的准确性，提升了斜齿轮啮合刚度的计算精度。基于该方法，分析了渐开线形状、啮合位置以及重合度对斜齿轮啮合刚度以及传递误差的影响。结果表明，当压力角增大时，渐开线曲率半径会变大，从而提高了齿轮的端面刚度；同时，端面重合度会先增大后减小，在端面刚度与端面重合度的综合影响下，平均啮合刚度与端面重合度变化趋势相同；当啮合位置更靠近节点时，啮合刚度会提高；增加重合度会使平均刚度增加，并使传递误差峰峰值趋势整体下降；但当重合度接近0.5的奇数倍时，传递误差峰峰值会出现极大值。     

斜齿轮时变啮合刚度改进算法及影响因素分析

在势能法基础上,基于切片积分原理,考虑齿根过渡曲线方程,提出一种改进的斜齿时变啮合刚度计算方法。该方法考虑了真实齿根过渡曲线参数方程,修正了渐开线齿廓的积分区间,与有限元方法的对比结果验证了算法的有效性,减小了时变啮合刚度的计算误差。在此方法基础上,分析了齿宽、螺旋角、齿数和模数对时变啮合刚度的影响。结果表明,时变啮合刚度均值受齿宽影响较大,近似成线性关系;受螺旋角、齿数影响较小;螺旋角增大,均值以较小幅度波动性变化;中心距一定时,齿数增大,时变啮合刚度缓慢增大;齿轮参数改变会影响重合度;轴向重合度为整数时,时变啮合刚度波动值较小。     

载荷与齿轮啮合刚度、重合度的关系研究

提出基于有限元方法的受载齿轮啮合刚度计算方法,数值对比提出的齿轮啮合刚度计算方法与ISO6336-1:2006标准中的啮合刚度计算方法,验证所给啮合刚度计算方法的正确性及准确性。给出确定重合度与传递载荷之间定量关系的计算方法,基于圆柱齿轮的数值计算结果表明,齿轮的啮合刚度以及重合度与齿轮所承受载荷有着相应的映射关系。     

齿轮变位对啮合刚度影响的数值仿真

为探究齿轮变位对啮合刚度的影响,采用两种不同方法计算齿轮啮合刚度:一是运用Pro/E二次开发对齿轮进行参数化建模,并将齿轮模型导入Abaqus软件进行有限元仿真计算,根据计算结果得出不同变位系数齿轮的时变啮合刚度曲线;二是基于能量法的解析法计算得出时变啮合刚度曲线。结果表明,在一定范围内,齿轮啮合的重合度随齿轮变位系数的增大而减小,齿轮的平均啮合刚度随齿轮变位系数的增大而减小。     

不同重合度非圆齿轮设计及弯曲应力分析

非圆齿轮传动具有广泛的应用场景。针对非圆齿轮传动,采用齿轮啮合原理和材料力学等原理及方法,提出了大重合度非圆齿轮设计方法。探讨了非圆齿轮传动原理和节曲线构建方法,计算了其节曲线曲率半径和重合度方程。建立了不同重合度非圆齿轮轮齿时变啮合刚度与载荷分配率计算模型,推导了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力方程。探讨了不同结构参数下非圆齿轮副重合度、时变啮合刚度、时变载荷分配率及齿根弯曲应力变化规律,确定了轮齿所受最大载荷位置。开展了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力仿真分析和实验测量,与理论计算结果进行了对比分析,最大误差分别约为4.8%和5.9%,验证了理论方法的合理性与正确性,为大重合度非圆齿轮传动的工程应用奠定了基础。     

基于势能法的两级斜齿轮系统时变啮合刚度计算与动态特性研究

针对多级斜齿轮动力学研究中的时变啮合刚度准确计算与其波动值定量分析等现实问题,以某电动汽车用减速器两级斜齿轮为研究对象,基于势能法计算不同螺旋角β下各级齿轮副的时变啮合刚度。首次提出由螺旋角等齿轮参数决定的参数τ,定量分析表明,当τ值越小时,时变啮合刚度波动值ΔK越小。建立包含12自由度的两级斜齿轮系统集参模型,研究不同螺旋角下系统的动态特性。结果表明,当β为15°时,系统各项动态性能均较好,此时各级齿轮副的τ和ΔK均较小,验证了通过参数τ准确预估ΔK进而预判齿轮系统动态性能的可行性与准确性。     

齿根裂纹与轮齿啮合刚度关联规律研究

齿轮的啮合刚度是齿轮动力学研究的基础,以圆柱直齿轮齿轮为研究对象,构建含齿根裂纹齿轮的有限元模型,并基于有限元准静态分析方法,提出精确计算含裂纹齿轮时变啮合刚度数值计算方法。通过分析得到裂纹参数对齿轮时变啮合刚度的影响规律,数值计算结果表明,裂纹会降低齿轮的啮合刚度;裂纹参数(裂纹长度、裂纹方向)对齿轮的啮合刚度的有着明显的影响,其中裂纹长度对刚度的影响较显著;齿轮啮合刚度的降低与齿轮的啮合位置相关,当齿轮在单齿啮合区最高点啮合时,啮合刚度降低率最大。     

小模数齿轮传动的时变啮合刚度计算方法

小模数齿轮传动中心距较小,其动态性能对中心距误差非常敏感,且中间级齿轮常被设计在固定轴上高速旋转,齿轮中心孔与轴之间存在间隙,考虑这些特征,建立了中心距误差与轴孔配合间隙影响下的齿轮啮合特性参数与时变啮合刚度计算模型,研究了二者对啮合刚度的影响规律。研究结果表明：中心距误差会改变齿轮副的重合度与啮合刚度;轴孔配合间隙使实际中心距围绕理论中心距上下周期性波动,导致整个周期内啮合刚度强化区域与弱化区域共存;中心距误差与轴孔配合间隙的影响在不同的转角范围内存在既有相互叠加又有相互削弱的现象,这一现象使得各轮齿的啮合刚度有差异,存在诱发更大振动与不同噪声的风险。     

圆柱齿轮副静态传递误差的变化规律研究

基于一种改进的切片法,实现了含齿面误差时圆柱齿轮副静态传递误差的快速计算。将传递误差分离为齿轮综合变形及综合啮合误差两部分,研究了理想齿轮和含误差齿轮传递误差的变化规律。分析结果表明,理想齿轮副的传递误差与载荷和理论接触线长度相关。在相同载荷条件下,当轴向(或端面)重合度在整数附近时,传递误差波动量最小;而当斜齿轮总重合度在整数附近时,传递误差波动量最大。对有误差齿轮副,不同载荷时的啮合刚度和综合啮合误差曲线均与实际接触线长度曲线基本一致;轻载时影响传递误差的主要因素为齿轮误差,而重载时的主要影响因素为齿轮变形。研究结论可为齿轮系统传递误差及减振设计提供一定的理论指导。