基于装配误差的直升机传动系统斜齿轮接触应力分析研究

齿轮系统作为直升机传动系统的主要组成部分,其性能的好坏直接影响了传动系统的性能与可靠性.在齿轮啮合过程中,装配误差会导致齿轮接触状态发生改变,影响齿轮寿命及传动性能.本文以直升机传动系统典型斜齿轮副为研究对象,对含有装配误差的齿轮副模型进行静力学分析.分析结果表明:随着装配误差的增大,齿轮的接触应力和应力波动都随之增大;并且齿轮尖角及根部应力较大,易产生应力集中,发生疲劳破坏.     

安装误差对面齿轮传动接触轨迹与 接触应力的影响规律

基于面齿轮传动啮合原理,建立了含安装误差的面齿轮齿面方程,进而得出了面齿轮齿面主曲率及接触应力的计算方法。在此基础上,分别分析了轴向偏移误差、轴交角误差和轴交错误差对面齿轮传动的接触轨迹与接触应力的影响规律。研究结果表明:各项误差条件下,接触应力均从齿顶到齿根逐渐变小;所分析的误差中,轴交角误差与轴交错误差对面齿轮的接触轨迹与接触应力的影响较大,且当轴交角误差为负或轴交错误差为正时,接触应力仿真值均明显高于无误差时的接触应力正常值,因此在安装面齿轮副时,应该严格控制此二项误差的下上偏差。     

考虑安装误差的拓扑修形斜齿轮承载接触分析

为提高齿轮副承载能力和降低对安装误差的敏感性,提出一种拓扑修形的齿面结构。根据齿廓分段修形和齿向分段修形原理推导出拓扑修形齿面方程,构建含安装误差的修形齿轮副的接触分析(TCA)模型。并对轮齿接触分析和有限元分析,仿真出传动误差和齿面接触应力与剪切力在不同安装误差情况下的分布特征。根据应力分布曲线分析,齿轮副啮入与啮出点的应力幅值相比均值有所下降,为减振降噪创造了良好条件。滚检实验与仿真结果表明,基于成形法磨削的拓扑修形对改善齿面接触印痕,避免边缘接触和降低对安装误差的敏感性具有一定的应用价值。     

斜齿轮高阶传动误差设计与分析

为了改善斜齿轮副啮合传动性能,提出了应用四阶传动误差函数曲线,采用数控加工展成斜齿轮.利用抛物线齿廓的产形齿条与圆柱齿轮啮合推导小轮齿面方程.采用假想小轮的方法推导了四阶齿线修形大轮齿面数学模型.根据两齿面在啮合中连续相切条件,建立了含有误差的轮齿接触分析模型(TCA).仿真结果表明:该设计降低了接触印痕对安装误差的敏感性,相邻两个啮合周期的啮合转换点处,传动误差曲线的切线夹角接近180°,降低振动及冲击.     

半环面牵引式无级变速器接触应力分析

在分析半环面无级变速器工作原理的基础上,建立了接触压力的计算公式,以赫兹接触理论为指导,给出了接触应力的计算公式。以某公司的样机为实例,讨论了接接触应力的变化规律、影响因素。研究表明：在轴向力不变的情况下,接触压力和接触应力与接触点的位置有关,接触位置越靠近锥盘轴线,则接触压力和接触应力越大,接触椭圆的长轴越大,接触椭圆的短轴越小;接触应力随环面半径和环腔半径的增大而减小,随半锥角的增大而减小;接触应力对环腔半径的改变敏感度高,对环面半径和半锥角的改变敏感度低;将锥盘与滚轮设计为线接触,可大幅降低接触应力。本文的研究成果可为半环面型无级变速器设计提供理论参考。     

基于赫兹理论的齿轮副接触应力特性分析

以1对渐开线外啮合圆柱直齿轮副为分析对象,依据赫兹接触理论建立了齿轮副的线性坐标参数和赫兹应力模型,推导出了啮合线上任意啮合点处的齿面接触应力计算公式,综合分析了不同传动参数对齿面接触应力的影响,并借助MATLAB的数值分析功能得到不同参数下齿轮副接触应力沿啮合线的分布特性图。结果表明：增大模数、变位系数、压力角或者降低转矩可在一定程度上降低齿面接触应力,可为提高齿轮副接触疲劳强度和使用寿命提供理论依据。     

斜齿球形齿轮齿面接触分析

为了提高球形齿轮承载能力和降低啮合质量对安装误差的敏感性,对斜齿球形齿轮齿面进行了修形.用产形齿条方法和啮合理论,推导斜齿球形齿轮齿面数学模型,并用抛物线形齿廓刀具对齿面修形;根据两齿面在啮合接触中连续相切条件,建立了含有安装误差的齿面接触分析(TCA)模型.齿轮副啮合仿真结果表明:凸-凹型斜齿球形齿轮副接触迹线沿着齿...     

高阶传动误差斜齿轮修形设计与加工

为了提高齿面啮合性能,降低磨削误差,设计高阶传动误差与接触路径曲线,并结合承载接触分析（LTCA）通过优化承载传动误差(LTE)幅值最小确定待定的参数,根据齿条展成渐开线齿面原理,求解小轮法向拓扑修形曲面;建立基于成形砂轮轴向廓形与5轴联动CNC机床各轴运动敏感性分析的齿面修形模型,判断砂轮与齿面的接触状态,计算磨削误差,应用PSO优化算法得到机床各轴运动参数与砂轮廓形的修形曲线. 算例表明：优化的高阶传动误差在曲线转换点处是相切连接的,其拓扑修形曲面在啮入端近齿根、啮出端近齿顶处有较大的修形量,修形区域近似对角;中部有一定微小内凹的高阶传动误差可降低LTE幅值,减小轮齿振动,其内凹量大小与齿轮副工况有关,随载荷增加,最佳内凹量逐渐增大;经过成形砂轮进行主要的修形磨削及平面砂轮进行辅助的对角修形磨削可实现拓扑修形齿面加工,理论磨削误差小于2 μm.     

基于真实粗糙表面斜齿轮瞬态混合弹流润滑研究

将渐开线斜齿轮啮合过程中的轮齿接触等效为一个三维无限长线接触问题,建立了用于求解斜齿轮三维瞬态弹流混合润滑计算的数学模型。考虑斜齿轮啮合实际工况,分析啮合过程中齿面时变半径,时变表面切向速度的变化等,引入真实的三维机械加工粗糙表面, 联合统一的Reynolds方程方法分析了单个轮齿在整个啮合过程中三维瞬态弹流润滑完全数值解,讨论了光滑表面和真实机械加工粗糙表面对轮齿啮合过程的膜厚和压力分布的影响,揭示了2种机械加工表面的微观弹流润滑特性。结果表明：粗糙表面对齿轮润滑状况影响显著,尤其在轮齿啮出过程中,严重的降低了齿轮间的润滑油膜厚度,使轮齿润滑状况变得恶劣;粗糙表面加工精度高（粗糙度低）,其接触表面的膜厚比高,接触区域和接触负载小,故而润滑状况好。     

基于有限元法的斜齿轮齿条啮合接触分析

通过Solidworks软件建立了斜齿轮齿条模型.采用有限元法和Solidworks Simu-lation有限元软件计算最恶啮合接触区域以及齿轮齿条啮合时齿根上最大的弯曲应力和接触区域上的接触应力.通过理论经验计算应力公式与有限元法计算的应力值相比较,以验证通过最恶啮合接触区域计算接触应力的可行性.     

斜齿轮齿向修形对承载能力的影响

以某钢厂1580热连轧机减速机斜齿轮为研究对象,建立减速机斜齿轮的Pro/E参数化三维模型,根据斜齿轮啮合原理,对三维模型实现了无干涉装配.利用有限元分析软件,得到啮合齿接触带中心位于不同位置时齿轮的齿根最大弯曲应力和齿面最大接触应力.通过对比不同齿向修形参数下斜齿轮的应力值,确定了最佳齿向修形长度,为硬齿面斜齿轮的设计加工提供有价值的参考.     

基于抛物线修形的斜齿轮传动啮合特性研究

齿面修形是提高齿轮副啮合性能的重要手段.为了提高啮合传动特性,对斜齿轮采用沿齿廓方向抛物线修形的齿面结构.结果表明,修形的斜齿轮传动啮合特性明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,恰当选择修形因数,可有效避免边缘接触;在存在轴夹角误差的条件下,几何传动误差为不连续直线段,因而振动和噪声不可避免;啮合区域对安装误差不敏感,在未对准安装的条件下,啮合印痕向轮齿两端仅有较小的偏移.     

渐开线齿轮安装偏心误差自动补偿算法的实验验证

针对测量渐开线齿轮时由于其几何中心和测量中心不重合带来的误差,基于工件安装偏心的误差补偿模型,以齿轮测量中心为载体,分析不同偏心量值对于齿距测量误差的影响.实验结果表明:偏心造成的误差经过补偿后,与无偏心安装得到的测量结果一致,验证了误差补偿算法的正确性,消除了安装偏心误差带来的影响,降低了齿轮安装的难度.     

多级齿轮传动系统传动误差快速预测

针对设计阶段多级齿轮传动系统传动误差快速预测问题,利用切片法快速预测了单级传动误差,再依据多级传动误差计算公式,预测了多级传动的传动误差。并以一台两级升速箱为研究对象,利用编制的传动误差预测程序计算了升速箱整体传动误差,同时通过一套高精度的传动误差测量设备测量了该升速箱的传动误差,对比发现测量数据和预测数据趋势一致,预测数据规律性的大于测量数据。为多级齿轮传动产品设计阶段进行传动误差快速预测提供了一种参考方法。     

加工偏置误差对面齿轮传动接触特性的影响

为了对点接触正交面齿轮传动中加工偏置误差的影响进行分析,建立考虑加工偏置误差影响的点接触正交面齿轮传动坐标系,并推导传动中接触点方程,分析加工偏置误差对正交面齿轮齿形及其传动中接触点位置的影响;根据曲面上任意点处主方向和主曲率的求解方法,分析加工偏置误差对传动中接触点处主曲率的影响;根据布希涅斯克问题的解法,推导传动中正交面齿轮上接触点处接触特性方程,并分析加工偏置误差对传动中接触点处最大压应力的影响.研究结果表明,点接触正交面齿轮传动的接触特性对正交面齿轮的加工偏置误差不敏感.     

斜齿轮三维弯曲有限元模型及应力分析

为了应用有限元法精确求解斜齿轮的弯曲应力,根据斜齿轮啮合原理,提出了斜齿轮啮合接触线确定方法.采用有限元ANSYS软件的参数化设计APDL语言,开发了自动完成斜齿轮三维弯曲有限元建模与应力分析程序模块.以某型货车变速器齿轮为研究对象,建立了相应的斜齿轮三维弯曲有限元模型,通过斜齿轮三维有限元分析与齿轮承载能力计算ISO标准结果比较,说明所建立的斜齿轮三维弯曲有限元模型不但可以准确反映斜齿轮的三维应力分布,而且可以精确求解斜齿轮不同啮合位置的齿根应力.     

斜齿轮传动装置动力学模型的建立及动特性研究

以一个带有原动机、工作机的斜齿轮传动系统为对象,建立了一个八质量系统的动力学方程组,并采用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔｅ法进行求解,研究了在各种不同条件下系统扭转振动、横向振动以及两者的耦合振动。同时建立了相应的试验台,对斜齿轮的动力学特性进行了多种条件下的实验研究,文中得到的关于齿轮动力学特性的几个结论,对于理论和实际应用具有一定意义。     

考虑多体承载啮合斜齿行星齿轮动载特性分析

斜齿行星传动在高速重载场合中应用越来越广泛,其动载特性研究对减振降噪具有重要意义。正确地描述行星齿轮系统的啮合刚度和啮合误差是进行动力学分析的前提,为此,紧密结合齿轮几何分析与力学分析,提出行星齿轮承载接触分析技术,获得各齿轮副的耦合时变啮合刚度,并计算其啮合冲击力,为行星齿轮动力学深入分析奠定基础;其次,应用集中参数法建立考虑齿轮副安装误差、刚度激励及啮合冲击激励的斜齿行星传动啮合型弯-扭-轴动力学模型,采用数值法求解系统的动载特性。表明：考虑啮合冲击激励时,随转速的增加动载荷增加更为明显;共振转速附近,啮合冲击对动态啮合力的影响较小;安装误差特别是中心距误差是引起各齿轮副啮合刚度不同的主要原因,其进一步导致了系统的共振转速变多;行星轮浮动可以明显降低共振转速处的动载荷,由于各外（内）齿轮副刚度的不同,随转速的增加行星轮浮动使得部分齿轮副的动态啮合力明显降低。     

斜齿轮时变接触线改进算法及螺旋角对接触线影响

针对Chinmaya Kar和A.R.Mohanty采用的计算时变接触线算法存在计算条件的问题,根据啮合原理推导出通用公式,该公式突破了接触线长度计算受啮合面形状以及同时啮合的接触线条数限制,扩大了数值计算接触线的应用范围,并与国家标准计算值对比,误差皆在5%以内,该结果为齿轮的参数设计以及后续的齿面摩擦提供理论基础.利用该算法计算在改变螺旋角情况下斜齿轮在一个端面齿距内的时变接触线并分析其变化的规律,研究结果表明:初始时刻当L1(啮合起始时刻接触线上端距离啮合区右端最短距离)和端面齿距相等,且L2(啮合起始时刻接触线上端距离啮合区左端最短距离)和L4(啮合起始时刻接触线下端距离啮合区右端最短距离)相等时,整个接触线没有波动,齿轮运行最平稳.