斜齿轮的齿面载荷及啮合刚度数值分析

基于齿轮啮合原理和接触问题有限元法 ,提出了一种自动生成任意啮合位置有限元模型的算法 ,开发了啮合轮齿自动建模程序及接触有限元分析程序 ,并对斜齿轮进行分析计算 ,得到了给定啮合位置齿面截荷分布曲线和运转过程啮合刚度的变化曲线     

渐开线斜齿圆柱齿轮齿面接触强度分析

斜齿圆柱齿轮在啮合过程中,其啮合接触线的总长度不是定值,而该值将影响啮合过程中轮齿间的线载荷,因此分析了斜齿轮对在一个啮合周期内的接触线总长度的变化规律。目前将斜齿轮转化为当量直齿轮计算齿轮齿面接触强度,无法反映啮合瞬时齿面接触应力分布情况。将啮合接触线两侧的斜齿轮轮齿对看做曲率半径不断变化的圆锥台体,并结合斜齿轮啮合原理、赫兹弹性接触理论,通过解析法计算轮齿对任意啮合时刻的齿面接触强度,并分析了轮齿对一个啮合周期内齿面接触强度的变化规律。通过有限元分析软件,对解析法的计算结果进行了验证。     

斜齿轮齿面剥落故障动力学建模与动态特征研究

斜齿轮存在移动载荷及空间结构复杂等因素,导致斜齿轮齿面剥落故障振动特征的提取非常困难。为了分析斜齿轮齿面剥落故障引起的振动响应特征,提出了基于切片法和势能法的斜齿轮齿面剥落故障啮合刚度的计算方法,考虑斜齿轮齿面剥落故障接触线长度的变化,分析了齿面剥落在长度和宽度两个方向扩展对时变啮合刚度的影响。同时,建立了6自由度斜齿轮系统动力学模型,获得了不同长度齿面剥落的动态响应特征及不同转速和负载对其的影响。研究结果表明,新的计算方法能够准确计算斜齿轮齿面剥落故障对啮合刚度、动态响应等特性的影响,可为齿轮系统状态监测提供依据。     

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。     

斜齿轮轮齿接触有限元分析的新方法研究

提出一种新的基于斜齿轮啮合特性的有限元网格单元划分方法,使得啮合过程中接触线依次通过各单元节点,求解齿面柔度系数矩阵。建立斜齿轮轮齿接触分析模型,考虑参与及未参与啮合点的相互影响,通过引入边界条件及变形协调条件,建立及求解载荷平衡方程。计算一组斜齿轮副算例的时变啮合刚度、齿面变形及齿面载荷分布,且与按GB/T 3480—1997计算的啮合刚度进行对比,证明该方法的可靠性。     

高重合度摆线内齿轮副齿面接触强度研究

合理的齿轮强度计算是实现齿轮结构设计及优化、保证留有适当裕量的基础。高重合度摆线内齿轮副同时参与啮合的轮齿对数较多,齿根弯曲应力很小,所以只需考虑齿面接触强度问题。基于改进能量法和赫兹弹性理论,推导了理想条件下该齿轮副的时变啮合刚度、齿间载荷分配和齿面接触强度计算模型。鉴于共轭齿廓节点处曲率半径为零,研究了节点附近不参与啮合的齿廓修形区域优化问题,在此基础上,通过将齿轮加工中产生的各种误差及侧隙转化为理论齿廓公法线上的偏移量,分析了不同加工误差对承载特性的影响程度,并在ABAQUS中进行了加载接触有限元分析验证。结果表明,该齿轮副对加工误差（侧隙）非常敏感,即对精度要求很高,为齿面接触强度计算和误差控制提供了技术支持。     

齿廓方向修形的斜齿面齿轮啮合特性研究

主要研究了修形面齿轮副传动的啮合特性.提出了一种沿齿廓方向抛物线修形的面齿轮齿面结构,对传统斜齿面齿轮和修形的斜齿面齿轮副的啮合进行了比较.计算机仿真表明,修形的斜齿面齿轮传动啮合性能明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,有效避免了边缘接触;啮合区域对安装误差较为敏感,特别是轴夹角误差的大小,对啮合印痕在齿面上分布的影响尤其明显,容易导致接触区域向面齿轮的大端和小端偏移.     

基于啮合接触分析下的斜齿轮齿面滑动摩擦因数的计算

根据Xu推导出的齿面滑动摩擦因数计算公式,利用斜齿轮副啮合接触分析的相关结果,对斜齿轮齿面滑动摩擦因数进行计算。首先,通过斜齿轮副轮齿接触分析和承载接触分析,得到齿面啮合点的法向载荷、传动误差、接触点位置和接触线长度。其次,将法向载荷带入赫兹公式得到最大接触应力。将传动误差带入齿面啮合点速度计算公式,最终得到齿面啮合点的滑动速度和卷吸速度。最后,将所有参数带入齿面滑动摩擦因数计算公式,得到一对斜齿轮轮齿从进入啮合到退出啮合齿面接触点的滑动摩擦因数。以一对斜齿轮传动为例,利用上述方法计算得到齿面接触点的滑动摩擦因数,与Xu得出的结论进行对照,结果合理。     

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。     

基于齿轮时变啮合过程的修形齿面设计方法研究

斜齿轮啮合过程中的理想齿面为渐开螺旋面,但在实际的服役过程中,由于齿轮受载、热变形以及支承变形等因素的影响,实际齿面与理想齿面存在一定的偏差,通常采用齿面修形的方法来减小由于位置偏差引起的齿面偏载及振动。现有的修形方式往往采用考虑载荷大小的公式法计算修形量,虽然能在一定程度上提高传动性能,但仍存在设计精度不高的问题。提出一种基于齿轮时变啮合过程的拓扑修形齿面设计方法,以此来提高齿轮副传动的啮合性能。首先,通过沿斜齿轮接触迹线划分齿面的方式对石川公式进行改进,建立斜齿轮副齿面时变刚度模型;然后,根据齿轮副的实际啮合过程建立6自由度动力学方程;最后,根据动力学方程计算的齿面综合变形量设计补偿齿面拓扑修形量,并进行了动力学仿真。通过与采用传统公式法设计的修形齿轮进行仿真对比,验证了提出方法的有效性。     

斜齿轮三维修形的优化设计

齿向修形和齿廓修形是提高高速重载齿轮传动性能的重要手段。由于斜齿轮传动时齿廓修形和齿向修形的相互干扰作用,传统的齿向修形和齿廓修形的独立设计方法已不能满足斜齿轮的修形要求。作者提出了一种斜齿轮三维修形的优化设计方法,结合了有限元、柔度矩阵和数学规划,达到了均化齿面载荷分布和改善动态性能的综合目标。     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

Analysis on Isothermal Elastohydrodynamic Lubrication of Orthogonal Face Gear

Face-gear drives have been applied in aviation transmissions, in particular, helicopter transmissions, and the lubrication characteristics are an important indicator for estimating the load-carrying capacity of face-gear teeth. In order to analyze the lubrication performance of the face gear under load, equations for the contact path of the face gear loaded tooth contact analysis (LTCA) were established on the basis of the load equivalent error of alignment (LEEA) and the load distribution among the teeth was calculated. Then a method for calculating the contact area and tooth surface velocity of face-gear drives was studied. Face-gear isothermal elastohydrodynamic lubrication (EHL) dimensionless equations are presented. A multigrid algorithm was used to complete the solution of the minimum film thickness and film pressure of face-gear drives. The lubricant film thickness and film pressure variation in the mesh cycle are expressed using example calculations that provide a theoretical basis for face-gear lubrication design.     

基于斜齿小齿轮的面齿轮的齿面生成研究

文中提出了基于斜齿小齿轮的面齿轮传动的两种几何设计方法,一种是利用传统的螺旋渐开线小齿轮的包络原理,另一种是利用由齿条刀具生成的小齿轮的包络原理;推导了两种情况下面齿轮的齿面方程,并讨论了齿宽的限制条件,实现了面齿轮齿面的可视化.     

基于均布载荷的正交面齿轮齿根弯曲应力计算方法研究

通过设计正交试验表,利用有限元软件对正交面齿轮在均布载荷作用下的齿根弯曲应力进行分析,拟合了面齿轮齿根弯曲应力计算公式,并分析了有限元值和拟合公式计算值间的误差,验证了拟合公式的可信性.该计算方法可为面齿轮传动的齿根弯曲强度分析奠定一定的理论基础.     

混合标架下宽斜齿轮三维接触有限元前处理技术

本文针对宽斜齿轮，采用混合标架，建立了轮齿在各个不同位置的啮合时的有限元网格自动生成的算法；并开发了模块化；结构化，参数化的前处理程序，只需输入齿轮基本参数，即可得到完整的轮齿三维接触有限元分析数据文件，本文程序使用方便，适于在工程设计推广使用。     

基于ANSYS的斜齿面齿轮传动的弯曲应力分析

给出了斜齿面齿轮齿面的一般方程,建立了面齿轮传动的三齿几何模型,形成了圆柱齿轮和面齿轮的有限元分析模型,研究了在不同参数(齿数、模数、齿宽和螺旋角)条件下,在齿顶受载时两齿轮的弯曲应力分布规律;分析了外力作用位置沿齿长方向变化时两齿轮所受弯曲应力的分布规律,并对比了螺旋角变化时弯曲应力的变化规律,得出了相应的结论.     

精确载荷分布下斜齿轮三维建模及弯曲应力分析

从范成法加工齿轮的原理出发,利用三维建模软件建立了渐开线斜齿圆柱齿轮的精确模型。根据齿轮啮合变形协调方程,利用线性规划法求解了齿轮副在各啮合节点的载荷分布情况,并计算了轮齿间的载荷分配率。利用有限元软件ANSYS计算了完整齿轮模型在啮合过程中的最大齿根弯曲应力,为齿轮弯曲强度校核提供了依据。研究结果发现,斜齿轮的最大弯曲应力有可能出现在多齿啮合的区域,这种现象与直齿轮有所不同。     

齿形参数对双圆弧齿轮接触跑合性能的影响

以三维弹性接触有限元法及双圆弧齿轮跑合仿真的数学模型为基础，提出了优化的双圆弧齿轮齿形参数，对ＧＢ１２７５９－９１齿形及优化齿形的双圆弧齿轮接触、跑合性能进行对比分析，得到齿形参数对双圆弧齿轮接触、跑合性能的影响规律。     

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。