全工序法准双曲面齿轮建模与有限元分析

研究了全工序法准双曲面齿轮,即大轮成形法、小轮螺旋成形法加工的齿面建模、加工切削仿真和有限元分析。借助坐标变换和空间啮合理论,推导小轮齿面方程;根据机床调整参数,在CATIA中模拟刀盘和轮坯的展成运动,进行切削加工仿真,建立高精度的齿轮副实体模型;利用有限元软件Abaqus对齿轮副进行接触分析,计算并提取整个啮合过程的齿根弯曲应力和齿面接触应力,为准双曲面齿轮的强度设计提供参考。     

变性法粗铣弧齿锥齿轮小轮铣削力模型

基于四轴数控铣齿机变性法加工弧齿锥齿轮小轮的几何原理和机床运动学原理,推导了粗铣小轮过程中切削层瞬时切削面积的计算公式。采用传统切削力模型,建立了变性法加工弧齿锥齿轮小轮的铣削力模型,编写了铣削力仿真程序,并设计了验证方案。结果表明：采用不同切削用量时,考虑了传动效率的主电机切削功率计算结果与主电机变频器输出功率测量结果幅值基本在同一区间范围内,时间间隔一致,从而间接证明铣削力模型的有效性。     

超减速比准双曲面齿轮强度失效机理研究

针对超减速比准双曲面齿轮的强度以及疲劳等问题,完成了齿坯参数的计算;建立三维装配模型,并对超减速比准双曲面齿轮进行了有限元仿真;推导出一种由大轮设计参数计算小轮设计参数的计算方法,可计算出相对应的小轮齿坯和大轮齿坯;利用大小轮齿面方程,在Matlab中求出齿面离散点坐标,导入三维软件SolidWorks后,通过将离散点连成线段,再把线连成面,最终实现超减速比准双曲面齿轮三维建模,并将所建立的模型导入Ansys Workbench中进行了有限元仿真。结果表明,转速、反向转矩和齿轮齿根部分采用不同的刀顶圆角加工时,都会影响超减速比准双曲面齿轮的最小疲劳寿命。     

基于反共轭原理设计工具轮的准双曲面齿轮热滚轧成形数值模拟

基于展成法加工准双曲面齿轮小轮,依据铣刀切齿坐标系及齿面方程,建立了加工准双曲面齿轮小轮的数学模型,推导出了小轮的理论齿面方程。对理论齿面进行离散化,求解出离散点的坐标,将齿面点导入UG中进行齿面造型;根据反共轭原理,求解出与小轮完全共轭的工具轮齿面方程以及齿面点,对之进行三维造型。对三维模型进行运动仿真,通过接触区验证造型的正确性。根据等体积原则,求解出滚轧轮坯。将滚轧模型导入到DEFORM中进行数值模拟,由模拟结果验证加工工艺的可行性,并为后续试验提供理论指导。     

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。     

小模数弧齿锥齿轮的三维建模与应用分析

针对小模数弧齿锥齿轮,提出了一种新的加工组合:小轮采用传统的双面法铣齿加工,设计大轮齿面加工参数,控制大轮的两齿面分别与小轮齿面相配。根据以上加工方法,设计小模数弧齿锥齿轮良好啮合的齿面加工参数,并创建齿轮副的精确三维模型。在UG软件环境下,可以完成齿轮副的虚拟装配、干涉检查。设计的小模数弧齿锥齿轮的齿面可以保证齿面的良好啮合,完成的三维模型可以应用于小模数弧齿锥齿轮的模具成型加工。     

Ease-off修形高减速比准双曲面齿轮接触仿真与动态性能试验

针对高减速比准双曲面（High Reduction Hypoid,HRH）齿轮大轮齿廓曲率不足、小轮大螺旋角齿面高度扭转的问题,提出了大轮采用刀具修形以实现齿面点接触的方法,小轮采用一般滚切法,简化机床加工参数;建立了大、小轮的三维模型,Ease-off拓扑曲面;解析了接触路径、差曲率、传动误差等齿面接触性能参数;通过三维运动仿真对比修形前后齿面的接触区,修形后避免了边缘接触,接触区位于齿面中部靠近小端,与齿轮实际接触斑点一致。完成了HRH齿轮减速器动态性能试验,齿轮啮合传动性能优良,啮合质量稳定,验证说明所设计的HRH齿轮修形量控制合理、理论计算与运动仿真正确。     

基于GCMT2500数控机床的摆线齿锥齿轮齿面切削研究

在摆线齿锥齿轮的小轮切削加工中,设计一种新型的克制刀盘安装在GCMT2500数控螺旋锥齿轮复合机床上。结合机床自身性能,对齿轮切削方法进行研究。对小齿轮切削分别拟定了粗、精加工方案,找到一种合理的切削方法。在精加工中分析了各种加工方式得到的齿面粗糙度,并提出了精加工时采用斜切法对齿面进行切削齿面精度可以满足传动要求。     

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UG的弧齿锥齿轮建模新方法的研究

介绍了一种基于UG的接触区主动控制的弧齿锥齿轮建模方法.首先使用成形法得到大轮;然后采用变异的铣刀盘成形加工得到变异大轮,再依据共轭原理,利用变异大轮展成小轮毛坯实体得到小轮齿面.按照此方法基于UG软件实现了一对21-35齿的弧齿锥齿轮副的建模.该方法基于传统的格里森弧齿锥齿轮加工方法,有创新之处,是格里森弧齿锥齿轮建模和加工的一种实用的新方法.     

THEORETICAL TOOTH PROFILE AND ITS SUBSTITUTE CURVE OF THE PINION CUTTER FOR PINHOLES

ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬＴＯＯＴＨＰＲＯＦＩＬＥＡＮＤＩＴＳＳＵＢＳＴＩＴＵＴＥＣＵＲＶＥＯＦＴＨＥＰＩＮＩＯＮＣＵＴＴＥＲＦＯＲＰＩＮＨＯＬＥＳＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬＴＯＯＴＨＰＲＯＦＩＬＥＡＮＤＩＴＳＳＵＢＳＴＩＴＵＴＥＣＵＲＶＥＯＦＴＨＥＰＩＮＩ...     

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.     

考虑边缘接触直齿面齿轮传动轮齿接触分析

主要分析了直齿面齿轮传动在考虑边缘接触条件下的啮合.从理论上推导了求解边缘接触的数学模型及边缘接触点满足的约束条件,利用相邻接触点主曲率方向相似的方法确定了当发生边缘接触时在接触曲面上的主曲率方向.结果显示,边缘接触更容易在刚进入啮合时产生,并且在边缘接触点处几何传动误差不再为O.     

弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的CNC修形加工方法

针对弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的修形控制问题,提出一种在展成加工的同时对齿廓和齿线两个方向进行修形控制的加工方法。通过调整直刃刀盘的展成运动回转半径,实现齿面齿廓方向的修形量控制;通过调整刀倾角,实现齿面齿线方向的修形量控制。基于空间运动学原理,利用矢量旋转公式,在具有倾角的数控机床上与普通多轴联动数控机床上展成加工齿面时,保持刀具和工件的相对位置和相对运动相同,进行两类机床之间的运动转换,建立机床运动控制方程,从而实现弧齿线圆柱齿轮在普通多轴联动数控机床上的修形加工。并通过试件的切削试验和齿面接触分析试验,证明所提出的修形加工方法和分析的加工运动方程的正确性。与弧齿线圆柱齿轮传统的加工方法相比,这种加工方法效率高,运动关系简单,便于推广应用。     

变位系数对齿轮齿根弯曲应力影响的研究

利用有限元法计算齿轮整个啮合过程的齿根弯曲应力,得到了不同变位系数与齿根弯曲应力的对应关系。分析结果表明,变位系数对于小齿轮齿根弯曲应力的影响较大,而对于大齿轮影响则较小。当变位系数在一定范围内变化时,齿根应力存在一个最小值。     

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。     

螺旋锥齿轮基于离散点描述齿面接触分析研究

详细讨论了用 B样条函数拟合表示的螺旋锥齿轮轮齿齿面接触分析方法 :1建立了螺旋锥齿轮拟合齿面的接触点求解模型 ,并给出了该模型的求解方法 ;2给出了拟合齿面接触区及传动误差曲线的绘制方法 ,最后给出了一个实例。该方法经适当变化后也可用于其它种类齿轮的齿面接触分析。     

双圆弧弧齿锥齿轮传动的切齿啮合分析

基于双圆弧齿轮的齿形特点 ,结合弧齿锥齿轮的加工原理 ,进行双圆弧弧齿锥齿轮的切齿啮合分析 ,得到了切齿啮合过程中的啮合方程、产形轮齿面方程以及双圆弧弧齿锥齿轮的通用齿面方程表达式     

面向制造的弧齿线圆柱齿轮的建模设计

介绍了一种面向制造的设计方法,根据弧齿线圆柱齿轮的加工原理,提出了基于齿轮齿条原理的弧齿线圆柱齿轮的特征建模方法.采用的齿轮实体建模方法与实际齿轮加工方法相同,为精确造型、正确仿真及有限元分析提供了基础.     

Tooth contact analysis of face-gear drives

Based on the face-gear generation process, the analytical geometry of the face-gear drive and its mathematical model for tooth contact analysis of the face-gear and the spur pinion meshing were derived. The tooth contact paths and the transmission errors due to assembly error along the axis of face-gear, misalignment of crossed and angular displacements between axes of spur pinion and face-gear were analyzed. Furthermore, the conditions of undercutting and pointing in the generation process were studied. Several design charts were then developed. Finally, the conditions of undercutting and pointing for a face-gear drive were all identified in meshing with and without assembly error along the direction of the axis of face-gear and misalignment of angular displacement between axes of spur pinion and face-gear. Several numerical examples were also presented.