螺旋齿面齿轮两自由度车齿原理研究

针对现有齿轮加工方法不能加工较大螺旋角的螺旋齿面齿轮问题,提出了一种螺旋齿面齿轮的车齿加工方法。根据空间交错轴啮合原理,建立螺旋齿面齿轮两自由度车齿的理论加工模型,研究车齿刀、假想螺旋产形齿轮和螺旋齿面齿轮的安装布置关系,分析面齿轮车齿中的自由度,建立车齿中刀具和面齿轮的展成运动模型。以直齿渐开线作为刀具的切削刃形,运用微分几何与啮合原理,推导车齿加工的啮合方程、螺旋齿面齿轮的工作齿面方程以及过渡齿面方程,并建立了螺旋齿面齿轮的车齿齿面与理论齿面的误差分析模型。仿真表明：凸齿面离散点误差为-0.01～-0.02mm,凹齿面离散点误差接近0,从而验证螺旋齿面齿轮两自由度车齿加工原理的可行性。     

基于产形齿条端面齿廓的相交轴渐开线变厚斜齿轮建模

根据渐开线齿廓变厚斜齿轮的齿形特征,以斜齿产形齿条为假想加工刀具,建立其端面齿廓参数方程;基于空间啮合原理,推导产形齿条与渐开线齿廓变厚斜齿轮的啮合方程及齿面方程;利用Imageware和UG三维建模软件建立渐开线变厚斜齿轮的实体模型。从产形齿条端面齿廓方程入手推导啮合关系使变厚齿轮的建模思路更为清晰直观,为该类齿形较为特殊的齿轮模型建立提供了新的思路。     

齿廓为双圆弧齿面齿轮的三维实体的实现

为了建立齿廓为双圆弧齿面齿轮的三维模型,在建立刀具、面齿轮坐标系和坐标变换矩阵的基础上,利用微分几何和齿轮啮合原理推导了该面齿轮的齿面方程。根据此齿面方程利用Pro/E软件仿真建立了三维实体模型,三维实体模型的成功建立也进一步验证了齿面方程公式的正确性。     

偏置非对称面齿轮啮合原理及复杂共轭齿面精准设计

根据齿轮空间啮合理论,建立齿轮啮合的空间坐标系,推导出非对称渐开线圆柱齿轮和偏置面齿轮的数学模型,建立了偏置非对称面齿轮的啮合方程.以啮合方程为约束条件,编写了求解偏置面齿轮副齿面点云坐标的数值计算程序,求解出偏置面齿轮副的齿面点云坐标,通过拟合点云得到偏置面齿轮的复杂曲面模型;研究了偏置非对称面齿轮内径不根切、外径不变尖的问题,确定了齿宽的限制条件.确定偏置面齿轮副的基本设计参数,求解出齿面离散坐标点并导入三维软件中,建立了偏置面齿轮和非对称圆柱齿轮的精确几何模型.研究成果对装备用特种偏置非对称面齿轮传动系统设计制造具有指导意义.     

延伸外摆线齿准双曲面齿轮建模与传动误差分析

基于延伸外摆线齿准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,根据格里森TRI-AC刀具、产形轮及工件的相对位置和相对运动关系,建立了切齿啮合坐标系。运用切齿啮合关系和空间啮合原理,推导出理论齿面方程。将理论齿面进行数据离散后建立非线性方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标,从而建立延伸外摆线齿准双曲面齿轮的三维实体模型。通过ADAMS进行传动误差分析,验证了模型的准确性。为齿面接触分析、齿面误差测量、啮合动态仿真以及有限元分析等方面的研究提供了模型基础。     

曲面综合高减比准双曲面齿轮加工参数计算与接触仿真

高减比准双曲面齿轮(High reduction hypoid gear, HRH)间曲面复杂,常规加工计算方法难以实现对其齿面啮合质量的控制。建立空间齿轮啮合传动坐标系,给出空间啮合方程的通用形式。推导修形刀盘的曲面方程,提出刀盘齿廓修形方法,解决了HRH齿轮的齿面曲率修正问题。利用密切曲面原理,综合产形曲面、小轮曲面、修形梯度ease-off差曲面,建立HRH齿轮加工参数计算与啮合仿真模型,给出ease-off差曲面的几何参数控制方法、HRH齿轮加工计算与啮合仿真计算流程,实现了对齿面微分结构与啮合质量的控制。通过接触斑点、动态性能试验检验了齿面啮合质量。解决了复杂HRH齿面微分结构修正与啮合质量控制的难题。     

克林贝格摆线齿准双曲面齿轮建模与仿真

基于克林贝格制准双曲面齿轮的加工方法和切齿加工原理,根据刀具、摇台及工件的相对位置和相对运动关系,建立切齿啮合坐标系。运用切齿啮合关系和空间啮合原理,推导出理论齿面方程。将理论齿面进行数据离散后建立非线性方程组,数值分析求解得到齿面离散点坐标。利用MATLAB和Pro/E软件进行准双曲面齿轮的三维仿真,从而为齿面接触分析、齿面误差测量、啮合动态仿真以及有限元分析等方面的研究提供理论支持。     

椭圆弧齿圆柱齿轮的一种铣削加工方法

在研究圆弧齿线圆柱齿轮的基础上,提出了全齿宽啮合型椭圆弧齿圆柱齿轮的铣削加工方法。通过分析其理想几何参数,推导了齿轮齿面及啮合重合度方程。利用齿轮齿条模型分析了刀具与椭圆齿线的形成过程,提出椭圆弧齿圆柱齿轮的铣削加工原理,并进行了齿轮的铣削加工。斜安装的刀具加工形成的齿轮在径向截面上都是渐开线齿廓,齿线在分度圆柱面的展开曲线为椭圆的一部分,凸齿面齿线与凹齿面齿线具有相同的几何形状参数。该加工原理可以完成椭圆弧齿圆柱齿轮的高效铣削,也适用于该齿轮的磨削。     

变齿厚斜齿轮的齿面生成研究

根据齿轮啮合原理及变齿厚斜齿轮的加工原理,由产形齿条的齿面方程,推导了变齿厚斜齿轮渐开螺旋面、过渡曲面及齿根面的齿面方程;用Matlab编程生成了变齿厚斜齿轮完整、精确的齿面;由生成齿面上点的三维坐标值,建立了变齿厚斜齿轮的精确实体模型。这一齿面生成的方法具有一定的通用性,可以方便地生成圆柱直齿轮、斜齿轮以及变齿厚直齿轮的精确齿面。     

人字齿面齿轮传动及其几何啮合特性

基于人字齿轮传动的特点和面齿轮传动的原理,提出了面齿轮人字齿的构建方法,为了使得不同旋向的轮齿均获得局部接触特性,采用了齿向俢形以实现接触路径的偏移;为在最大限度上利用面齿轮人字齿的齿宽,提出了面齿轮无退刀槽人字齿的加工方法,设计了其使用的刀具;阐述了面齿轮人字齿的加工原理,建立了坐标系,并推导了面齿轮人字齿面的数学模型和齿面几何啮合性能仿真模型;最后给出了面齿轮人字齿面的计算结果,并绘制了虚拟样机,并完成了齿面接触分析。结果表明:人字齿面齿轮圆柱齿轮的啮合具有理想的啮合性能,可以满足啮合传动的需要。     

弧齿锥齿轮啮合过程弹流润滑最小润滑油膜厚度分析

根据弧齿锥齿轮切齿加工原理,建立弧齿锥齿轮的齿面方程。并利用空间几何原理,将大小轮齿面方程放在同一个坐标系中进行啮合点计算得到啮合点在齿面上的位置分布。利用微分几何原理求得大小轮齿面啮合点处的法曲率和齿面卷吸速度等弹流润滑重要参数。用MATLAB软件编程计算,并用PRO/E三维软件建立几何模型。采用ABAQUS有限元分析软件,数值计算啮合过程中的油膜压力。基于Dowson-Higginson最小油膜厚度模型计算得到了光滑齿面不同啮合速度条件下弧齿锥齿轮啮合过程最小油膜厚度。     

正交面齿轮齿面偏差的坐标测量

提出了基于坐标测量获得面齿轮齿面法向偏差的方法,为面齿轮精度评定提供依据。根据面齿轮的加工原理和方法,分析了刀具和工件的相对位置关系,建立了切齿加工坐标系。运用微分几何和啮合理论,推导出理论齿面方程。在此基础上,规划测量网格,计算节点处的理论坐标和法矢量。在齿轮测量中心上进行实际测量试验,将实际测量数据与理论数据进行比较,获得实际齿面法向偏差,最终试验结果验证了该方法的可行性。     

滚齿直齿圆锥齿轮齿形的研究

对滚齿直齿圆锥齿轮提出了在其范成齿条的法面内,将一对滚齿直齿圆锥齿轮的啮合关系,与齿轮和范成齿条的加工啮合关系相结合的研究方法.在此基础上,利用包络法分析建立了滚齿直齿圆锥齿轮轮齿的齿面方程、滚齿直齿圆锥齿轮和范成齿条啮合的接触线方程.研制了可调倾角式滚切圆锥形齿轮加工装置.进行了直齿圆锥形齿轮滚切加工试验.结果表明加工的齿轮齿面形状与建立的齿面方程一致.     

机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差影响规律的理论研究

机床误差是导致圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差的主要原因,研究机床误差与齿面误差之间的关系将为机床加工参数反求、齿面误差修正等提供理论依据。基于圆弧齿线圆柱齿轮成型原理建立了齿轮机床结构模型,建立了机床坐标系体系。通过齿坯和刀盘位置误差、刀具形状误差对机床整体误差进行描述,基于啮合原理推导了理想情况下和包含机床误差的齿面方程。研究了齿轮误差曲面计算方法,采用二阶近似曲面和齿面平均误差影响系数分析不同机床误差下误差曲面,研究机床误差对齿面误差的影响规律。通过实例分析了被加工齿轮几何参数不变时和变化时,机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮凹齿面误差影响规律。     

采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究

为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。     

面向降噪的蜗杆砂轮磨削齿面纹理改善方法

蜗杆砂轮磨是广泛应用于中小模数齿轮的批量精加工方法,但在实际加工过程中,蜗杆砂轮磨齿易在齿向形成规则的平行齿面纹理,从而增大了齿轮的啮合噪声。分析磨削过程中蜗杆砂轮与齿轮的接触特性,建立了啮合方程和接触点方程,阐述了接触迹构成整个齿面的机理;分析蜗杆砂轮磨齿的磨削特性,建立瞬时接触点的磨削速度和形状模型,计算磨粒在齿面上的磨削路径,分析磨削特性对齿面微观几何结构的影响,得到齿面的整体纹理模型;结合齿面纹理与噪声激励的关系,分析出齿面规则纹理对齿轮噪声的影响机理,提出按照正弦函数变化的冲程变速蜗杆砂轮磨齿加工方法;进行了蜗杆砂轮磨削常规加工与变冲程速度加工的对比试验,结果表明,该方法加工的齿面接触点位置具有一定的随机性,形成不规则的齿面纹理,不同转速下齿轮啮合噪声声压级总值减小约3.5 dB,已经达到改善齿面纹理的效果。     

小模数弧齿锥齿轮的精确建模与齿面接触仿真

双重双面法铣齿加工是小模数弧齿锥齿轮的主要加工方法,传统双重双面法的齿面啮合状况需要人工调整,过程繁琐且齿面接触质量难以保证.针对小模数弧齿锥齿轮双重双面法加工的特点,建立了双重双面法加工坐标系,按照齿面加工参数和刀具参数,由刀具的切削锥面方程,经过坐标变换推导被加工齿面的齿面方程,并计算得到齿面上关键点的坐标值,利用这些关键点坐标,可以创建理论齿面片的三维模型,进而创建了齿轮副的整体三维模型.利用计算机数值仿真技术,对齿轮副进行了齿面啮合仿真.根据仿真结果,可以调整齿面加工参数,以改善齿面的接触情况,减少目前齿面接触区要依靠人工调整的繁琐过程.在提升齿面啮合质量的同时,也提高了齿轮副的实际生产效率.     

基于三坐标测量机的修形面齿轮齿距偏差测量方法

根据面齿轮加工原理和方法,分析刀具和工件的相对位置关系,建立加工坐标系,运用微分几何和啮合原理,推导含修形的面齿轮理论齿面方程,给出齿面待测点理论坐标处法矢量计算公式和齿距测量基圆找正方法,基于海克斯康GLOBAL STATUS575型三坐标测量机编制测量程序对加工出的面齿轮进行实测,并对实测数据进行补偿得到该面齿轮的齿距偏差。结果表明,给出的基于三坐标测量机测量面齿轮齿距偏差的方法逻辑严谨、思路清晰,是面齿轮精度评定的一种可行、实用方法。     

弧线齿面齿轮的根切与变尖研究

采用了假想产形齿轮与弧线齿圆柱齿轮和弧线齿面齿轮同时共轭啮合的展成法加工,根据啮合原理、微分几何及几何学原理,建立了面齿轮非根切的条件和面齿轮避免尖顶的几何模型,采用Matlab自主编程得到弧线齿面齿轮的三维模型,得到面齿轮不产生根切条件下的最小内半径和不变尖条件下最大外半径。采用多轴联动数控机床加工弧线齿面齿轮,加工实例证实了三维模型与齿宽设计为数控加工提供了精准的数据依据,保证了展成法加工弧线齿面齿轮的精确性,为齿面接触应力、齿根弯曲应力及动力学分析提供了理论基础,从而为实验研究和实际应用提供了系统的理论指导。     

整体式刀盘加工的摆线齿锥齿轮齿面方程及其应用

针对整体式刀盘加工的Klingelnberg齿制摆线齿锥齿轮,基于齿轮啮合原理以及摆线齿锥齿轮的切齿加工原理,根据切齿过程中产形轮、齿坯、刀具之间的相对位置关系和相对运动关系,运用矢量运算的方法建立了摆线齿锥齿轮的齿面方程。在轮齿的旋转投影面内,对轮齿齿面进行了离散化,计算了各离散点在齿轮坐标系中的空间坐标及单位法矢。利用齿轮测量中心对实际加工的摆线齿锥齿轮的齿形误差进行了测量,验证了摆线齿锥齿轮齿面方程的正确性。论文的研究内容为实现摆线齿锥齿轮的数字化闭环制造奠定了基础。