基于MASTA的齿轮微观修形研究

根据齿轮啮合原理,基于MASTA建立了齿轮传动系统模型。在对齿轮进行模拟装配后,利用MASTA的微观修形模块对齿轮进行了修形分析,得到了齿轮修形前后的传递误差图、振幅以及接触斑点分布图。将修形前后的各图进行对比后发现,齿面接触面积和接触偏载情况均得到明显改善,传递误差明显减小,验证了基于MASTA对齿轮进行微观修形的有效性。表明通过MASTA,可对齿轮齿面微观修形参数进行合理设计和优化,可有效改善齿轮传动时的齿面偏载,减小齿面接触应力,提高齿轮副的传动质量和承载能力。     

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。     

船耕机变速器齿轮齿向参数优化设计

船式耕作机变速器传动系统在实际工作中传动轴和齿轮存在受力变形,导致齿轮副存在较大的啮合误差和严重的偏载。基于齿轮齿向修形方法,利用Romax软件对齿轮螺旋角修形参数和鼓形修形参数分别进行仿真分析与优化,确定出最佳修形方案。结果表明,齿轮齿向修形后大幅降低了齿轮接触应力,避免了齿轮齿面的应力集中,提高了船式耕作机变速器传动系统的承载能力和稳定性。     

面齿轮副小轮拓扑修形设计及啮合性能分析

为改善面齿轮啮合性能,设计了小轮齿廓、齿向修形曲线,将3次B样条拟合的修形曲面与小轮理论齿面叠加构造精确的拓扑修形齿面,建立了小轮拓扑修形面齿轮副TCA、LTCA计算模型,并试验验证了理论分析的正确性。算例分析表明:小轮拓扑修形能获得开口向下2阶抛物线几何传动误差,接触路径与齿根倾斜,较传统面齿轮副,有效重合度提高了约10%,容差能力提高了400%;各载荷下承载传动误差波动幅值均减小,齿面载荷分布变化均匀,轮齿进入和退出啮合时承受载荷变小。     

轴线角误差的斜齿轮拓扑修形及仿真

为了改善齿轮副轴线角误差对其传动性能的影响,文中提出了轴线角误差的斜齿轮拓扑修形新方案,用圆弧齿廓刀具展成加工齿轮,齿向采用高阶非对称鼓形修形.利用齿轮啮合原理、齿面接触分析和齿面承载接触分析技术,研究了齿向不对称修形参数(两侧最大修形量和最大修形长度)对承载传动误差的影响,设计了合理的不对称修形参数.仿真结果表明当轴线角误差γ_1为0.05′时采用最大修形长度不对称的设计承载传动误差最大波动量减少了42.85%,提高了齿轮传动性能;当轴线角误差γ_2为0.05′时采用最大修形量不对称的设计承载传动误差最大波动量减少了53.47%,提高了齿轮传动性能.     

考虑摩擦的磨损和修形齿轮啮合刚度计算

研究齿面偏差对齿轮啮合刚度的影响,对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。本文基于改进能量法,提出了一个求解考虑齿面摩擦的直齿轮啮合刚度的完整模型。该模型通过齿廓的参数方程,实现考虑齿轮加工刀具圆角半径和齿面偏差对齿轮单齿啮合刚度的影响;通过齿形误差带来的齿间间隙和轮齿加载变形量的关系,求解出双齿啮合区齿轮副总刚度。分析了磨损齿轮和修形齿轮的啮合刚度、齿间载荷分配系数和传递误差。结果表明：齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度,轻载条件下尤为严重;修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时,修形效果不明显,而载荷小于修形设计载荷值时,可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。     

人字齿轮齿向修形优化设计

考虑到安装误差、轴弯曲变形及扭转变形对齿面载荷分布的影响,根据人字齿轮传动的特点,提出小轮轴向浮动安装的齿面修形优化设计方法;通过3次B样条将齿向修形曲线拟合为三维修形曲面,并与理论齿面叠加构造修形齿面,建立轴向串动的齿面接触分析(TCA)模型,结合承载接触分析(LTCA)模型对有轴向串动的人字齿轮传动进行仿真,轴向串动保证了两端齿面各承担一半的扭矩,人字齿轮的修形可认为是一个斜齿轮的修形,即只考虑一端修形,另一端修形则与之对称;以齿面载荷密度最小为优化目标,应用遗传算法确定最佳修形齿面. 算例表明：轴向串动是左右齿面间隙相互补偿的过程,串动后两边齿面载荷分布基本相同,修形后两端齿面载荷达到均匀;人字齿轮齿向修形与轴向串动相互补充,保证了齿面载荷整体上均匀.     

基于MASTA的齿轮变速箱啸叫研究

为了降低变速箱啸叫,以MASTA为平台,建立了变速箱啸叫分析模型,对引起啸叫的主要激励进行了分析。在充分考虑变速箱壳体、轴承、轴及齿轮等零部件柔性变形叠加对齿轮传递误差影响的基础上,对变速箱齿轮重合度、传递误差、齿面接触应力及变速箱振动响应等相关参数进行了数值计算,分析了各参数对变速箱啸叫的影响,并通过对齿轮宏观参数及微观参数进行优化,降低了变速箱啸叫。研究结果表明,通过适当提高齿轮端面重合度,以及进行轮齿修形,可较明显减小变速箱振动响应,为改善变速箱啸叫提供了依据。     

对角修形斜齿轮径向剃齿设计

为减小齿轮振动与噪音,设计对角修形斜齿轮齿面,根据啮合原理推导其径向剃齿刀齿面;根据齿条展成渐开线齿面原理,结合Y7432平面砂轮磨齿机,建立有齿向平移运动的平面砂轮磨齿CNC模型;建立基于CNC机床各轴及砂轮轴向廓形敏感性分析的齿面修正模型,各轴运动用6阶多项式表示,分析0阶及1阶系数变化对齿面误差的影响;通过判断砂轮与剃齿刀齿面的接触状态,确定磨削齿面的误差,以误差平方和最小为目标函数,采用粒子群优化算法,得到机床各轴运动及砂轮轴向廓形参数.结果表明:该算法计算结果稳定,降低了磨削误差;对角修形斜齿轮的径向剃齿刀拓扑修形曲面基本为齿向反鼓形与对角修形曲面叠加;沿齿向方向的压力角、展成运动角、螺旋角参数微调可分别实现一定的对角修形加工;砂轮增加齿向运动构成3轴联动,减小了砂轮半径,可用于磨削大螺旋角、大齿宽对角修形斜齿轮.     

渐开线圆柱齿轮的接触斑点与承载能力

本文提出的有误差渐开线圆柱齿轮动力传动特性模拟计算程序,可以计算齿面接触斑点,齿根弯曲应力与齿面接触应力的分布情况、齿面瞬时温度的比值及齿轮振动特性等。计算结果与实测结果相比较,在验证计算方法的可靠性的基础上,经过理论分析,归纳为齿轮接触斑点与齿轮传动特性关系的两个定理。对齿轮接触斑点的检测及轮齿修形方面,是从未有过的理论探讨。     

齿轮微观修形对壳体振动响应的控制研究

为降低变速器的振动噪声,本文以一款自动变速器为研究对象,对壳体振动响应控制进行研究。分析了齿轮传动系统动态振动响应的数学模型,利用多体动力学优化分析和实验验证相结合的方法,通过Romax搭建自动变速器(包含壳体的传动系统)的动力学仿真模型。同时,以静态传动误差为优化目标,研究齿轮微观修形参数(齿廓倾斜偏差fHa,齿廓鼓形量Ca,齿向倾斜偏差fHb,齿向鼓形量Cb)对变速器壳体振动响应的影响,并辅以灵敏度分析,对影响参数进行有效控制,以便于齿轮加工。仿真及实验结果表明,对静态传动误差的优化,可以减小壳体关键位置的振动加速度幅值;而且该啮合齿轮在优化后的声压级明显降低,由84.1dB降低到77.7dB,啸叫噪声消失,从而验证了优化结果的准确性。该研究可有效降低振动噪音,改善车辆NVH水平。     

热弹耦合条件下的齿廓修形设计

为研究热变形对齿轮传动特性的影响,本文推导出了渐开线齿廓上任一点沿啮合线方向的热变形量计算公式,并在此基础上研究了热变形对齿间载荷分配系数、传动误差及齿廓修形的影响。提出了热弹耦合条件下齿廓分段修形和连续修形两种方式,并得到两种方式下修形量的表达式;分析了按两种不同方式进行修形后的载荷分配系数和传动误差。研究结果表明:分段修形可以很好地保持啮合过程载荷分配系数的连续性,消除载荷突变,减小传动误差的波动,使绝对误差趋于恒定;连续修形载荷分配系数连续,载荷突变消失,单齿啮合区稍有增大,误差波动较分段修形增大。本研究可以有效降低齿轮传动过程中的振动噪声,具有一定的应用价值。     

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.     

高速内啮合人字齿轮多目标优化修形

为提高高速内啮合人字齿轮的啮合性能,提出一种考虑弹性轴支撑变形的齿面多目标优化设计方法.通过轮齿接触分析和承载接触分析计算齿面接触线离散点载荷以及一个啮合周期的轮齿承载变形.应用基于混合弹流润滑模型的摩擦系数回归方程确定离散点的局部摩擦系数,利用Blok闪温公式求得高速啮合传动的齿面闪温.以承载传动误差幅值最小、齿面闪温最小、齿面载荷分布均匀为优化目标,采用遗传算法确定齿面最佳修形量.实例计算结果表明:在无误差角和有误差角两种情况下,齿面修形后,承载传动误差幅值都大幅下降,啮入区和啮出区齿面闪温都明显降低;由于避免了边缘接触,齿面载荷分布得到了有效改善.提出的优化设计方法结果可靠,是高速齿轮修形设计的有效手段.     

基于Ease off的准双曲面齿轮多目标优化

为实现准双曲面齿轮的多目标优化,建立了神经网络代理模型,用以描述Ease off修形参数和传递误差、齿根应力、啮合损失功率的关系。首先,利用动力学软件MASTA建立准双曲面齿轮驱动桥模型,基于敏感度系数矩阵,推导出齿面偏差二阶泰勒展开式对应的机床修形加工参数,建立修形齿轮模型。其次,通过MASTA的加载齿面接触分析功能计算修形齿轮模型的传递误差、齿根应力、啮合损失功率,最终建立神经网络代理模型。最后,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法优化代理模型,进行对比验证。结果表明：采用本多目标优化方法可有效降低准双曲面齿轮的传递误差、齿根应力、啮合损失功率。     

含安装误差斜齿轮接触应力混合分析法

含安装误差的斜齿轮在进入和退出啮合阶段常发生边缘接触,使得齿面接触印痕呈现为一个不完整的接触椭圆面并使接触应力不遵循赫兹模型分布,给接触应力的精确求解造成困难。针对该问题本文提出了一种混合赫兹、Winkler模型的齿面接触应力计算方法。以轴平面内含轴交角安装误差的斜齿轮为例,推导了该混合分析法计算过程并求解了轮齿在不同负载下不同啮合位置的最大接触应力及其变化规律,并与ANSYS有限元软件的计算数值进行了对比分析。结果表明:基于混合分析法和ANSYS计算出的接触应力变化曲线吻合度较高,接触应力最大相对误差为6.78%,在发生边缘接触时接触应力增幅较大且应力曲线呈中凹变化规律,同时相较于ANSYS计算方法混合分析法可大幅降低计算耗时。     

大重合度面齿轮传动设计及仿真

为了提高面齿轮传动的承载能力,改善齿轮副啮合传动时的动态性能,以齿面接触分析和承载接触分析为工具,通过齿面曲线修形调整接触迹线方向,提出设计面齿轮副大重合度的方法．利用盘形刀具对小齿轮沿齿长方向抛物线修形,降低啮合印痕对安装误差的敏感性．以重合度和承载传动误差的振动幅值为目标,给出了大重合度面齿轮传动优化设计流程．引入了啮合齿对系数的概念,对齿轮副的重合度进行了计算．研究结果表明：通过齿轮副抛物线修形因数和抛物线顶点参数,以及沿小齿轮齿向修形因数的设计与调整,可设计出动态性能良好,重合度高达3．0以上的面齿齿轮副,为高负载的面齿轮传动设计提供了依据．     

椭圆齿轮传动系统齿面接触与动态磨损分析

为获取椭圆齿轮齿面动态磨损特性,以一对相互啮合的椭圆齿轮副为研究对象,基于Hertz接触理论和Archard磨损计算通式,建立了椭圆齿轮齿面接触应力和齿面磨损计算模型,运用数值计算方法模拟了齿面接触应力和齿面啮合点处的磨损分布情况,获取了不同设计参数和工况参数条件下齿面接触应力及齿面磨损量随齿廓压力角的分布规律。分析表明:齿面接触应力在单、双齿啮合交替区域会发生突变,随着偏心率和转矩的增大,齿面接触应力呈现出递增趋势。齿面磨损量由齿根到齿顶先减小后增大,在节圆处理论磨损量趋于零;齿面磨损量随着偏心率、输入转矩和转速的增加而呈现出递增趋势。因此,在满足既定要求和运动规律的条件下,减小偏心率、输入转矩及转速有利于降低齿面磨损。研究结果对后续非圆齿轮的动态磨损分析和轮齿修形具有一定的指导意义。     

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。     

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...