高减比准双曲面齿轮摩擦功耗分析与效率试验

针对高减比准双曲面(HRH)齿轮拓扑曲面复杂的问题,利用对偶等切共轭的方法,构建了HRH齿轮齿面模型与ease-off曲面,解析得到齿面接触点曲率参数、卷吸速度、滑滚比等运动学参数。利用接触线微分单元法建立轮齿刚度、载荷与变形协调方程,进行承载接触分析(LTCA)计算,获得了齿面载荷与接触应力分布规律;结合弹流润滑(EHL)摩擦因数经验公式,解决了瞬时接触区畸变、EHL参数计算问题。分析了齿面上油膜厚度、摩擦因数、摩擦功耗的分布规律。通过传动效率试验验证了所给出的LTCA、摩擦功耗分析与啮合效率计算模型。     

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。     

采用曲面综合法的复杂齿面微分修形与拓扑结构设计

针对高减比准双曲面(HRH)齿轮空间曲面极端扭转、曲率修正难度大的问题,提出了刀具双向修形点接触齿面修正方法。利用ease-off曲面综合法、齿面微分修形、拓扑结构精益化设计,实现了点接触齿面啮合质量的精确控制。建立了曲面综合法齿面微分精益化设计计算流程,给出了轻修形、内对角重修形、内对角轻修形三种拓扑结构设计形式;利用齿面承载接触分析(LTCA)方法,对比了上述三种形式的齿面啮合刚度、传动误差及载荷分布特性,其中内对角轻修形方式的接触性能最好。进行了HRH齿轮动态啮合性能试验,齿面接触斑点检验了点接触齿面ease-off梯度特征。研究结果表明,实测振动特性变化规律与啮合刚度、承载传动误差(LTE)理论仿真分析一致。齿轮在较宽转速与载荷范围运转平稳,验证了所设计HRH齿轮的齿形关系正确,微分精益化修形控制良好。     

Ease-off拓扑修形齿面拟赫兹接触与摩擦特性分析

齿轮啮合界面的润滑分析一直受到齿面几何与载荷参数计算的限制.目前轮齿承载接触分析(Loaded contact analysis tooth,LTCA)方法主要局限于三维有限元建模分析,因其模型固化、运算量巨大制约了齿轮传动摩擦学的应用.从ease-off曲面拓扑出发,对齿轮啮合刚度、LTCA计算方法进行了解析,获得了...     

准双曲面齿轮准静态接触分析和试验研究

建立了精确的准双曲面齿轮的轮齿面和过渡曲面数学模型;选择用平均接触椭圆长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点来评价齿面接触斑点和传动误差;以一个准双曲面齿轮副为计算实例,建立了适合准静态齿面接触分析的准双曲面齿轮传动系统有限元分析模型;通过准静态加载齿面接触特性分析,得到齿根弯曲应力、接触应力和传动误差的变化规律,分析载荷的影响情况,并比较了有限元结果与经验公式计算结果。开发了准双曲面齿轮试验台,进行齿面接触斑点和齿根弯曲应力检测,试验结果与仿真结果的一致性较好。     

直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析

研究正交面齿轮在加载条件下面齿轮啮合的传动性能参数、齿面接触应力和轮齿弯曲应力变化规律的有限元分析计算关键技术,以赫兹接触应力解析公式计算结果为对比,提出接触应力和弯曲应力计算的有限元网格密度确定方法。根据面齿轮重合度,分析面齿轮加载啮合仿真的五齿模型和七齿模型适用场合,给出面齿轮在啮合过程中的齿面接触应力和齿根弯曲应力最大值位置,计算面齿轮多齿模型接触应力及弯曲应力极值,准确得到面齿轮传动的重合度、传动误差、载荷分布系数等传动性能参数,以及载荷对这些传动性能参数的影响规律。研究结果表明,赫兹接触应力解析公式计算的结果合理地确定了有限元模型的网格密度,有限元仿真得到的应力值可靠,传动性能参数的分析结论正确。     

曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算

针对现有弧齿锥齿轮加工参数计算方法,接触点综合纷繁复杂的问题,提出ease-off曲面综合法。从微分几何学出发,给出二阶密切曲面的定义及其构造方法;在二阶精度范围内,密切曲面与原有曲面具有相同的微分几何属性,从而可以替代原有的曲面分析。通过弧齿锥齿轮加工的产成模型,构造大小轮共轭齿面的ease-off差齿面,利用ease-off差齿面的密切曲面完整地拓扑齿面接触区;利用齿面接触区的可控参数综合确定小轮齿面的接触参数,进而通过数值优化方法求解小轮的加工参数。籍助ease-off密切曲面进行了啮合仿真,完整呈现了齿面接触区大小形状、接触路径方向、抛物线失切量等轮齿啮合信息。所提出的方法适宜于数值方法,基于齿面接触区的完整性,实现了齿面啮合性能较好控制。     

实际工况下啮合传动的弹性接触算法

在实际工况条件下，对轮齿接触的可靠分析必须考虑各种误差和加载的影响。应用空间共轭曲面啮合原理和接触有限元理论，给出了基于接触齿面几何的弹性接触问题完全数值解法。以环面包络蜗杆传动副为研究对象。分析了该算法在啮合传动计算中应用的完整过程，求解了在加载情况下传动副的真实接触区、误差影响下接触区的变化情况、某一瞬时蜗轮工作齿面的最大接触应力和某一瞬时同时啮合的轮齿对数等问题。     

准双曲面齿轮数字化建模与时变啮合特性分析

针对采用刀倾半展成法(HFT)加工的准双曲面齿轮副,根据机床各部件间运动学关系,采用齐次坐标变换的方法仿真刀具运动轨迹.基于曲面成形理论及共轭啮合原理,推导大小轮齿面及齿根过渡曲面方程,建立准双曲面齿轮副啮合数学模型.采用数值算法求解齿面啮合方程并进行轮齿接触分析(TCA),获得静态传动误差及啮合印痕.采集大小轮齿面离散点云坐标并进行三维建模,基于有限元软件ABAQUS分析准双曲面齿轮副不同工况下时变啮合特性.结果 表明,载荷变化对动态啮合力、传动误差、啮合刚度等参数的影响显著.随载荷增大,传动误差及啮合刚度曲线呈明显非对称特征,相关结果为准双曲面齿轮传动特性及动力学行为分析提供了依据.     

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。     

近似面齿轮传动的齿面拓扑修形主动设计

为了提高面齿轮的磨齿效率,采用不做齿向进给运动的大半径盘形砂轮磨齿得到的面齿轮具有近似齿面,然而该近似面齿轮与双向修形小轮的啮合性能不够理想.因此进一步通过啮合理论重新构造小轮齿面,并根据预设的啮合性能对该新构造的小轮齿面进行拓扑修形设计,以控制近似面齿轮传动的啮合性能.小轮的拓扑修形齿面采用盘形砂轮局部点共轭法磨齿加工,建立了小轮拓扑修形齿面与加工参数之间的线性方程.用实例说明了所提方法的应用,齿面接触分析结果与给定的啮合性能基本一致.     

Ease-off修形准双曲面齿轮齿面动态抗磨设计与分析

为了改善准双曲面齿轮动态性能、减小齿面磨损提出齿面动态抗磨修形设计与分析方法。小轮修形齿面表示为共轭齿面与法向Ease-off曲面两个矢量的和,Ease-off曲面通过预置抛物线修形参数及几何传动误差参数表达。提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析（Tooth contact analysis with wear,WLTCA）数值方法,该方法通过承载接触分析（Tooth contactanalysis,LTCA）方法获得啮合刚度及齿面静载荷,在此基础上根据动力学分析获得齿面动载荷,结合Archard磨损公式进一步获得齿面磨损量,将齿形更新时的同时啮合齿对的磨损量叠加到齿对的初始间隙,为磨损后的LTCA计算提供准确的参数,重复以上循环可得到齿形更新后齿面上任一点的磨损深度及次数。以无磨损时法向相对振动加速度均方根最小、齿面磨损量最小进行修形优化获得最优Ease-off曲面;分析齿面磨损与系统动态响应之间的耦合作用。结果表明最优Ease-off齿面主要通过齿廓修形减少了磨损量,有效改善了系统动态响应。该方法充分考虑了齿面修形、磨损、动态响应的耦合性且计算效率较高,为高性能准双曲面齿轮齿面抗磨、减振设计与分析提供理论参考。     

Influence of tooth modifications on tooth contact in face-hobbed spiral bevel gears

In this study the influence of tooth modifications induced by machine tool setting and head-cutter profile variations on tooth contact characteristics in face-hobbed spiral bevel gears is investigated. The concept of face-hobbed spiral bevel gear generation by an imaginary generating crown gear is applied. The modifications of tooth surfaces are introduced into the teeth of both members. The lengthwise crowning of teeth is achieved by applying a slightly bigger radius of lengthwise tooth flank curvature of the crown gear generating the concave side of pinion/gear tooth-surfaces, and by the variation of machine tool settings in the generation of pinion/gear teeth. The ease-off in the tooth height direction of meshing tooth surfaces is achieved by applying a head-cutter whose profile consists of two circular arcs, instead of a straight-line. The method of tooth contact analysis applied determines the path of contact, the potential contact lines, the separations along these lines, and the transmission errors. A computer program implements the method. By using this program the influence of the variation of machine tool settings and of head-cutter geometry on tooth contact is investigated and discussed.     

基于等切共轭的弧齿锥齿轮差曲面建立与解析

对弧齿锥齿轮提出了一种新的共轭求解方法,来更方便地求解共轭小轮的齿面方程,在此基础上进行了齿面接触分析。在分析过程中提出了一种新的ease-off差曲面计算方法,即用对应点的转角误差替代直线误差进行差曲面求解,使得传动误差解析、齿面修形量的确定更为直观和准确。提取了ease-off曲面上的差曲线,以方便地确定出接触路径和边缘接触点。根据全程差曲线得到了齿面接触印痕分布情况。     

滚珠型弧面凸轮连续传动机构承载接触分析

在建立滚珠型弧面凸轮连续传动机构数学模型的基础上,得到了弧面凸轮的啮合模型,并进行了齿面接触特性分析。弧面凸轮啮合传动时接触形式表现为球齿面与马鞍面之间的点接触,对点接触形成的椭圆进行了分析,确定了其方向和尺寸。利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了接触点处主曲率的变化规律。计算了接触区域最大压应力,分析了弧面凸轮连续传动时接触中心最大压应力的变化规律。所得结论对进一步研究滚珠型弧面凸轮连续传动理论与实际应用具有重要的指导意义,为完善滚珠型弧面凸轮传动机构的设计与制造提供了理论依据。     

齿距误差对弧齿锥齿轮齿间载荷分配和强度的影响

采用齿轮啮合仿真和承载啮合仿真技术，研究了重合度达到2.0的弧齿锥齿轮的齿距误差对啮合性能的影响，针对航空弧齿锥齿轮允许的齿距误差，研究了误差量值对齿轮实际重合度，传动误差、齿间载荷分配和弯曲强度的影响。结果表明，相对齿距误差将降低齿轮的实际重合度，使单齿承受的载荷量增加，边缘接触加剧，弯曲强度不过，在容许范围内的齿距误差将不会严重影响重合度达到2.0的齿轮传动的性能。     

线面共轭啮合原理及齿面构建方法

定义曲线与曲面共轭啮合的概念,即给定运动的两构件上的一条光滑曲线和一个光滑曲面始终保持连续相切接触,并给出由共轭啮合副齿面形成曲线与曲面共轭啮合的一般方法,在共轭啮合副的一个齿面上构建啮合管齿面与另一齿面相啮和;提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法,推导啮合管齿面方程、接触曲线方程等,给出啮合曲线选取的条件以及啮合管齿面半径的选取范围,从而建立以啮合曲线为脊线构建管状共轭齿面的理论;以摆线针轮行星传动为例,构建针齿螺旋管齿面,讨论线面共轭摆线针轮行星传动的特性;分析表明,线面共轭具有点接触特性,通过构建合适的线面共轭啮合副,可获得近似纯滚动啮合,齿面滑动率小,传动效率高。     

涡轮起动机传动系统的齿轮副三维啮合分析

针对某涡轮起动机传动系统中的故障齿轮副,在对齿面进行精确描述的基础上,建立了三维有限元模型;基于接触非线性分析理论,计算了在一个啮合周期内,对应不同啮合位置时载荷在啮合轮齿间的分配规律,以及啮合刚度随啮合位置的变化关系,为传动系统动载荷计算奠定了基础;计算了啮合周期内齿面的最大接触应力与齿根最大弯曲应力,这不仅为齿轮副的故障分析提供了依据,而且为进一步的寿命预估与可靠性计算提供了应力数据.     

基于接触应力均化的摆线轮修形方法

在传统组合修形的基础上,综合分析摆线轮传动精度和齿面接触应力,提出一种基于接触应力均化的摆线轮修形方法。将摆线针轮齿廓传动压力角最小的工作段作为修形量优化的区间,分析所需齿侧间隙,选定合理的转角修形量范围;以转角修形齿廓为目标齿廓,用等距和移距组合修形逼近方法确定相应的等距和移距修形量,并将其代入摆线轮传动受力方程,得到优化区间内同时啮合各齿之间接触应力分布方差;以同时啮合各齿之间接触应力分布方差最小为优化目标,在转角修形量范围内,搜索出最佳的转角修形量以及对应的组合修形量。仿真和试验结果表明,相较于传统方法,该方法能够提高传动精度,并显著改善齿面受力状况,延长摆线轮使用寿命。     

关于面齿轮接触和弯曲应力有限元计算方法的研究

根据面齿轮加工基本坐标系和齿轮啮合原理,由刀具齿面方程和坐标转换矩阵建立了面齿轮齿面方程,通过编程计算出面齿轮齿面点,实现了面齿轮三维可视化建模。采用三维有限元分析方法,研究了5种不同载荷条件下面齿轮传动的接触应力、弯曲应力和重合度的变化规律。计算结果表明,随着载荷的增大,面齿轮齿面接触区和重合度增大;在单齿啮合时,面齿轮接触和弯曲应力最大,弯曲应力最大值出现在沿齿高方向靠近中间的位置。本文对面齿轮传动的强度设计具有一定的指导意义。