基于高弯曲承载能力的齿轮加工关键技术研究

齿根过渡曲线是影响齿轮弯曲承载能力的重要因素,它由刀具齿顶圆弧共轭形成,因此研究齿轮加工方式及刀具刀顶形状对于提高齿轮弯曲承载能力具有十分重要的意义。针对渐开线圆柱齿轮弯曲承载能力,考虑不同的齿轮加工刀具及齿高系数和变位系数等因素,建立相应的齿根过渡曲线模型,通过折截面法探究齿轮加工方式及刀具刀顶形状对齿轮弯曲承载能力的影响,并通过有限元分析对理论结果进行验证。研究表明:当齿轮基本尺寸不变时,对于不同使用要求,高变位时用齿条型单圆弧刀具加工的齿轮弯曲承载能力高于齿条型双圆弧刀具和齿轮型刀具;角变位且小齿轮变位系数为零时,用齿轮型单圆弧刀具加工的齿轮弯曲承载能力高于齿条型刀具。     

基于高弯曲强度的齿轮过渡曲线分析

齿根过渡曲线是影响齿轮弯曲强度的重要因素。为了提高齿轮弯曲强度,延长齿轮的工作寿命,从齿轮根部过渡曲线的加工刀具设计入手,分别考虑圆角刀顶、单圆弧刀顶、双圆弧刀顶,建立齿轮过渡曲线成形方程,确定齿轮根部强度敏感部位和应力集中系数的关系模型,探究齿轮不同过渡曲线对齿轮弯曲强度的影响,用有限元法对理论分析计算的结果进行验证。研究表明:使用双圆弧刀顶的刀具加工出的齿轮,其齿根弯曲强度比普通齿轮的齿根弯曲强度有很大提高,为高弯曲强度齿轮设计提供理论依据。     

非标齿轮高齿根弯曲强度协同设计方法研究

针对非标齿轮设计参数协同关系展开研究,基于齿轮啮合原理,建立非标齿轮过渡圆角半径与齿轮压力角关系方程式,分别研究非标齿轮压力角、过渡圆角半径以及齿顶高系数对齿根弯曲应力的作用机理,获得非标齿轮压力角、刀具过渡圆角半径及齿顶高系数对承载能力的影响关系,提出高齿根弯曲强度非标齿轮参数协调关系曲线及协同设计方法,并通过仿真分析验证了理论研究的正确性,为要求高齿根弯曲强度的非标齿轮设计参数选取提供指导。     

基于椭圆齿顶刀具的渐开线齿轮齿根过渡曲线的研究

提出了加工齿轮刀具顶部设计成椭圆弧段,生成的曲线作为渐开线齿轮的齿根过渡曲线,对刀具椭圆方程进行求解,并利用齿廓法线法求解了齿根过渡曲线方程。进行齿轮的齿根过渡曲线干涉分析,通过ANSYS软件对齿轮弯曲强度进行有限元分析,并与基于单圆弧齿顶刀具的渐开线齿轮弯曲强度对比。结果表明:该齿轮不会发生齿根过渡曲线干涉,并且能够得到与基于单圆弧齿顶刀具的渐开线齿轮基本相同的弯曲强度。     

齿条型刀具基本齿廓的改进

为提高外啮合渐开线圆柱齿轮的齿根弯曲强度 ,针对齿条型刀具提出了减小刀具齿顶高并同时加大其齿顶过渡圆弧半径的改进方案。确定了在保证齿轮工作时不发生过渡曲线干涉且不改变齿轮有效齿面的前提下刀具的最小齿顶高系数 ,并建议在齿轮刀具标准中增加刀具齿顶高系数系列。     

齿顶单圆弧过渡齿条型刀具最小齿顶高系数的确定

针对齿顶单圆弧过渡的齿条型刀具提出了减小刀具齿顶高 ,以提高被加工渐开线圆柱齿轮的齿根弯曲强度的方案。确定了保证齿轮工作时不发生过渡曲线干涉且不改变齿轮有效齿面前提下刀具的最小齿顶高系数 ,为外啮合渐开线圆柱齿轮传动优化设计提供依据。     

无触角滚刀刀顶圆角半径的最佳选择

渐开线齿轮齿根过渡曲线是影响齿根弯曲应力的重要因素,该过渡曲线由滚刀刀顶圆角展成。为提高齿轮弯曲强度,采用不同半径的圆弧描述该圆角,并推导了最佳圆角半径的计算公式。运用ANSYS的APDL语言对不同半径圆角滚刀加工的齿轮进行了参数化有限元建模,并通过ANSYS/FE-SAFE软件对特定载荷下齿根弯曲疲劳进行了分析。结果表明,选择最佳的圆角半径可使齿根应力减小4.9%,弯曲强度提高43%。     

超大模数齿轮齿条承载能力影响因素研究

超大模数齿轮齿条的承载能力是影响升降系统安全性、可靠性的关键因素。针对某风电安装船齿轮齿条式升降系统中所采用的超大模数渐开线圆柱齿轮,分析影响齿轮齿条强度的主要参数。建立齿轮齿条啮合有限元分析模型,基于有限元法,研究齿轮的变位系数x、压力角α、齿顶高系数h*a、齿顶隙系数c*、齿根圆角半径系数ρ*f、模数m及齿条宽度b对齿轮与齿条接触强度及弯曲强度的影响规律。分析结果表明:每个参数对齿轮齿条承载能力都有较大程度的影响,但影响程度各不相同。     

纯滚动凸圆弧齿轮齿根弯曲应力研究

以纯滚动凸圆弧齿轮为研究对象,分析了跑合前不同名义压力角、齿数、齿顶高系数对纯滚动凸圆弧齿轮的齿根弯曲应力的影响规律;分析得出:纯滚动凸圆弧齿轮的齿根弯曲应力随齿轮的名义压力角、齿数增加而减少,随齿轮的齿顶高系数增加而增加。为纯滚动单圆弧齿轮的参数选择提供参考。     

滚齿加工的齿轮齿根过渡曲线

对滚齿加工出的斜齿轮的端面内齿根过渡曲线的形状和曲线方程进行了研究,指出滚刀齿顶圆弧在齿轮端截面内的廓形已变为椭圆弧,在斜齿轮端截面内刀顶对应部分形成的齿根过渡曲线不能用圆弧代替计算,否则将严重影响齿根过渡曲线描绘的准确度,进而影响到在此基础上的齿根强度、加工干涉性、刀具设计、三维造型等一系列分析、研究工作的结论正确性。重点研究分析了滚刀齿顶端截面椭圆弧方程以及对应形成的齿轮端截面内齿根过渡曲线方程的推导和建立,并将研究成果应用于自编的齿轮加工验算软件予以应用和验证。