相交轴渐开线变厚齿轮几何设计与啮合特性分析

根据空间齿轮啮合原理,建立相交轴渐开线变厚齿轮传动工作节圆锥模型,确定工作节锥角、齿线倾斜角及两齿轮安装距。提出空间点接触到线接触的转变控制条件,实现相交轴齿轮副的近似线接触;推导齿轮变位系数对节圆锥左右两侧有效齿宽的影响;基于相交轴变厚齿轮副参数关系,分析设计参数对啮合主方向角(FPD角)和齿轮副重合度的影响;根据线接触控制条件完成齿轮副参数设计并采用有限元法进行啮合特性分析,结果表明,考虑线接触条件的节圆锥设计得到的相交轴齿轮副在加载情况下,啮合状态呈现明显的线接触且啮合区域达到整个区域的50%左右,试验验证了理论分析的正确性。     

交错轴渐开线锥形齿轮副啮合原理研究

基于空间啮合理论,在对共轭齿轮副与公共齿条之间啮合关系进行分析研究的基础上,推导了交错轴传动在不同布局形式下,齿轮副安装距、轴间夹角、中心距及公共齿条分度平面上齿线倾斜角等几何参数的计算公式,提出了保证安装参数的锥形齿轮设计方法,为交错轴传动渐开线锥形齿轮副的几何设计打下了理论基础。理论与试验结果表明,推导得到的计算公式,不仅适合于交错轴传动在各种布局形式下的锥形齿轮副设计,同样也适用于平行轴、相交轴等传动类型。最后,通过测试齿轮及实际产品的设计、加工,验证了该研究结果的正确性和实用性。     

人字齿轮直线型对角修形设计及成形磨原理

为了降低承载传动误差波动产生的振动激励，提出了成形磨人字齿轮直线型对角修形优化设计。根据ISO对角修形定义，计算齿顶、齿根修形起始线在旋转投影面上的螺旋角，将修形曲线设计为直线型，给定最大修形量，确定对角修形的齿面方程。利用齿面接触分析和轮齿承载接触分析，以工作载荷下人字齿轮承载传动误差波动量最小为优化目标，采用遗传算法优化对角修形参数。确定以目标修形齿面法向偏差的平方和最小的目标函数，以螺旋角、模数、压力角为设计变量，采用遗传算法分别对齿顶和齿根修形区域进行逼近，从而实现对角修形的成形磨加工。结果表明，人字齿轮直线型对角修形可以将承载传动误差波动量降低到36.65%；采用三截面砂轮成形磨的理论误差控制在1μm以内，获得较高的齿面精度；试验人字齿小轮齿的检测结果控制在4级精度以内，并进行了齿轮副的滚检试验，从而验证该方法的有效性。     

交错轴斜齿轮传动变齿厚技术现状与发展趋势

变厚齿轮技术是交错轴斜齿轮传动系统发展的主要方向。介绍了变厚齿轮传动的原理及其在交错轴传动中的应用,在分析国内外交错轴斜齿轮传动研究现状的基础上,探讨了开展交错轴变厚齿轮研究的发展趋势及要解决的关键技术问题,对研究新型交错轴传动形式及非渐开线空间变厚齿轮传动情况下提高系统承载能力、优化系统动态特性具有重要的理论意义和学术价值。     

动力传动圆锥渐开线齿轮的设计、制造和应用Ⅱ

圆锥渐开线齿轮（斜面体齿轮）被用于交叉或倾斜轴变速器和平行轴自由侧隙变速器中。圆锥齿轮是在齿宽横断面上具有不同齿项高修正（齿厚）的直齿或斜齿圆柱齿轮。这类齿轮的几何形状是已知的,但应用在动力传动上则多少是个例外。ZF公司已将该斜面体齿轮装置应用于各种场合：4WD轿车传动装置、船用变速器（主要用于快艇）、机器人齿轮箱和工业传动等领域。斜面体齿轮的模数在0．7mm-8mm之间,交叉传动角在0°-25°之间。这些边界条件需要对斜面体齿轮的设计、制造和质量有一个深入的理解。在锥齿轮传动中为获得高承载能力和低噪声所必须进行的齿侧修形可采用范成法磨削工艺制造。为降低制造成本,机床设定和由于磨削加工造成的齿侧偏差可在设计阶段利用仿真制造进行计算。本文从总体上介绍了动力传动变速器斜面体齿轮的研发,包括：基本几何形状、宏观及微观几何形状的设计、仿真、制造、齿轮测量和试验。     

Sliding friction effect on dynamics of crossed beveloid gears with small shaft angle

We propose a new method of incorporating the gear sliding friction model and loaded mesh model into an analytical nonlinear crossed beveloid geared vibration model to evaluate the mesh and dynamic characteristics. A 3-dimensional quasi-static loaded tooth contact analysis is employed and the derivation of distributed sliding friction forces and synthesis of frictions to the effective form is applied in the nonlinear dynamic analysis. Using the proposed method, the excitation effects of frictions on tooth mesh and dynamic responses at different load levels are found and investigated. The analysis results show that the existence of sliding frictions between the engaged teeth indeed tends to affect the contact pattern, normal load distribution and maximum contact pressure, but it is unsubstantial. The torque load effect of friction is found with greater degressive influence on mesh stiffness and transmission error at heavier load case. The magnitude and directionality of sliding friction on effective total engaged teeth exhibit less obvious variations than on each tooth due to the contributions from multiple teeth effect. Also, friction excitations tend to decrease the dynamic mesh force slightly for both light and heavy load cases.     

精密加工变齿厚内齿轮插齿刀设计

针对标准插齿刀通过斜插法或插削角优化法难以实现变齿厚内齿轮高精度加工的问题,提出了一种精密加工变齿厚内齿轮的专用插齿刀设计方法。该插齿刀齿廓方程同时包含刀具几何参数和插削角工艺参数。基于啮合原理推导了刀具齿廓方程,建立了插齿刀切削刃数学模型,给出了插齿刀切削刃参数优化流程。对比分析了不同加工方法的齿形误差,研究了设计参数变化对齿形误差的影响规律。结果表明,所提出的方法在各种设计参数下均能有效减小齿形误差,设计出的刀具按优化倾角做直线插削即可实现变齿厚内齿轮的精密加工,无需对机床进行改造,易于推广。     

高齿准双曲面齿轮的轮齿加载接触分析

给出了准双曲面齿轮齿加载接触分析的数学模型和加载接触分析的求解方法，计算了高齿准双曲面齿轮和普通齿准双曲面齿轮副的加载接触过程，对比了两种齿轮在不同工况和安装误差条件下的齿面印痕、齿面载荷分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载载体分布、齿间载荷分配和承载传动误差，证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载荷分布和齿间载荷的分配合理，接触印痕受安装误差的影响较小，具有较高的强度和较好的动态特性。     

弧齿锥齿轮的齿面主动设计

齿面印痕和传动误差对齿轮传动的性能起着决定作用,针对齿面印痕和传动误差,提出弧齿锥齿轮点啮合齿面主动设计的方法。该方法突破了传统齿轮设计的局限性,采用“局部共轭原理”和“局部综合法”,并依据弧齿锥齿轮的加工原理,使齿轮设计人员能够按照要求的传动性能来设计齿面的形状,并可在摇台结构的铣齿机进行加工。齿面主动设计能保证齿面在整个啮合过程中满足预先设计的传动误差和齿面接触路径的要求,从而达到对齿面啮合质量的全程控制,它为弧齿锥齿轮副设计提供新的方法和途径,这对于高速和重载齿轮以及有特殊要求的齿轮的设计具有十分重要的意义。     

高齿弧齿锥齿轮的承载啮合仿真和动态性能试验

研究了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的加载接触过程，对比了二者在载荷作用下的齿面载荷分布、齿面加载接触印痕和承载传动误差，计算了齿根弯曲应力。在台架试验台上测定了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的噪声和振动量，实验证明高齿弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理，弯曲应力较小，具有较低的噪声和较好的动态特性。     

不同重合度非圆齿轮设计及弯曲应力分析

非圆齿轮传动具有广泛的应用场景。针对非圆齿轮传动,采用齿轮啮合原理和材料力学等原理及方法,提出了大重合度非圆齿轮设计方法。探讨了非圆齿轮传动原理和节曲线构建方法,计算了其节曲线曲率半径和重合度方程。建立了不同重合度非圆齿轮轮齿时变啮合刚度与载荷分配率计算模型,推导了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力方程。探讨了不同结构参数下非圆齿轮副重合度、时变啮合刚度、时变载荷分配率及齿根弯曲应力变化规律,确定了轮齿所受最大载荷位置。开展了不同重合度非圆齿轮齿根弯曲应力仿真分析和实验测量,与理论计算结果进行了对比分析,最大误差分别约为4.8%和5.9%,验证了理论方法的合理性与正确性,为大重合度非圆齿轮传动的工程应用奠定了基础。     

基于螺旋非圆齿轮变速装置设计研究

为增加变速器带载换挡能力,解决摩擦片发热烧毁等问题,提出利用非圆齿轮传动替代摩擦传动换挡结构;研究渐开线变厚齿面形成原理,通过增加共轭齿条周向纯滚动和轴向运动约束条件,建立螺旋非圆齿面包络加工数学模型,描述共轭齿条各段齿面失径,推导螺旋非圆齿面方程;利用数值计算实例验证了数学模型的正确性,分析非圆齿的几何特征与轴向移动速度之间的关系,说明共轭齿面仍为线接触;通过对锥齿轮组进行详细设计与动力学仿真,结果显示角速度输出曲线较为平稳,仍存在一定轻微冲击;搭建基于机电检测方案的锥齿轮组自动变速装置试验平台,实现了档位自动变换功能,进一步验证了螺旋非圆齿轮基本啮合原理且锥齿轮组改造设计方案具备一定的可行性。     

Localised tooth contact analysis of single envelope worm gears with assembly errors

This paper presents the basis of loaded tooth contact analysis and predicts the influence of assembly errors on localised contact stress distribution in single enveloping (cylindrical) worm gearing during a meshing cycle. A method for loaded tooth contact analysis, geometry and kinematics of such gear pairs is developed. The method accounts for the effects of tooth composite deflection caused by bending, shearing, foundation, tooth contact deformation and initial profile separation due to assembly errors. The method includes the determination of contact lines, load and stress distribution due to assembly errors. Because of the complex geometry of worm gear teeth, the tooth bending stiffness is calculated using the slicing technique developed earlier by the authors. Classical Hertz theory is used for calculating contact stress and deformation. A computer program based on the presented method has been developed and used to study the influence of errors on mating teeth contact. It is shown that the governing factors in loaded gears with assembly error are the mesh stiffness and the amount of error which is linked to load sharing between adjacent tooth pairs. A numerical example is presented to further clarify the outlined method.     

车辆变速齿轮的研究热点

为满足客户和法规要求,车辆变速齿轮传动的性能必须不断提高。下面列举了齿轮设计的趋势和车辆变速器的开发方法：变速系误差和齿轮噪声的实验和计算优化;卡车变速器螺旋行星齿轮推力锥技术的开发与应用;船用与轿车变速器渐开线齿轮（斜面齿轮）锥体的开发;齿轮与变速器优化的有限元法。     

齿轮纯滚动啮合的原理与实现

渐开线,摆线和圆弧等常用齿轮机构在传动中都存在的相啮齿面间的相对滑动,导致一系列不良后果。本文简要回顾了滚动接触齿轮传动的研究史。详细阐述了齿轮纯滚动啮合的实现方法,工作原理及传动特点,纯滚动齿轮及切削刀具的齿廓设计和轮齿设计;给出了多种简单实用的纯滚齿廓曲线。通过计算机仿真和实物对本文理论和方案作出了验证。     

一种新的渐开线直齿圆柱齿轮传动理论重合度算法

理论重合度随中心距和啮合角的变化而变化,其经典计算公式没能完全反映该关系.在当今计算机普及的时代,计算公式的精确性要求优先于简单性要求,因此有必要对其进行补正.基于余弦定理,推导了渐开线直齿圆柱齿轮传动时的理论重合度计算公式,并进行了实例计算.该公式表明,对于特定的一对渐开线直齿圆柱齿轮传动,其理论重合度只与啮合角有关.基于该公式,方便地写出了变位齿轮传动、斜齿轮传动的重合度计算公式.斜齿圆柱齿轮各圆柱面上的螺旋角均为齿面发生线与齿轮圆柱面母线的夹角.补正了斜齿圆柱轮传动因逐渐进入和退出啮合而增加在重合度.     

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。     

少齿差行星齿轮传动实际接触齿数及载荷分配的研究

在考虑内外啮合齿轮副齿廓理论间隙、制造误差及轮齿弹性变形的基础上，建立少齿差内啮合行星齿轮传动实际接触齿对数及各齿间载荷分配的理论分析模型；分析计算了在额定载荷工况下的实际接触齿对数及各齿上的载荷分配；并利用应变测试方法进行了相应的实验研究；验证了理论分析计算的结果，为少齿差行星齿轮传动承载能力的估算，齿轮几何参数的确定及零部件的强度分析计算提供了理论依据。     

Geometric design of a face gear drive with a helical pinion

The application of face gear drives, which have been used recently instead of bevel and hypoid gears for helicopter transmission, has resulted in renewed interest in such drives. A helical pinion must be utilized to change the composition of the contact surface freely. In this work, the problem of where to place the pinion with respect to a gear is solved by defining a reference point. The effect of the helix angle on the composition of the surface contact lines is clarified. A geometric design method that recognizes meshing singularity is proposed. Two unique lines on which specific sliding becomes infinite are regarded as design indexes. Results show that the contribution of the surface contact lines changes significantly depending on the helix angle, and the offset distances influence the effective tooth width of the gear.     

齿轮参数对行星传动固有特性的影响

建立了行星齿轮传动系统的实体模型,将其导入有限元分析软件进行固有特性的分析,提取齿轮传动系统的固有频率和振型。分别考虑轮齿模数、螺旋角、径向支撑刚度、轴向支撑刚度对传动系统固有特性的影响。讨论齿轮参数对齿轮系统固有特性的影响,对传动系统的优化设计具有重要意义。