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．     

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。     

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。     

基于微观修形的某变速器六档传动分析及优化

针对变速器工作过程中齿轮偏载、接触载荷及传递误差过大的问题,在Romax中建立变速器模型并通过试验验证模型的可靠性;以六档齿轮副的接触斑、单位长度载荷、传递误差峰-峰值及最大接触应力为优化目标,基于螺旋线修形与齿廓修形理论提出一种修形方案;修形后接触斑改善、传递误差峰峰值降低、单位接触载荷及最大接触应力降低,且在150 Nm工况下效果最明显,有效改善了轮齿啮合状况,使齿面载荷分布更加均匀,提高了齿轮的传动性能和承载能力。     

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.     

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.     

高阶传动误差函数的面齿轮传动设计新方法

为了提高面齿轮传动的动态性能和降低啮合对安装误差的敏感性,提出具有高阶传动误差函数的面齿轮齿面设计方法,描述了齿轮传动反映输出和输入角度关系的四阶传动误差函数的数学模型,考虑刀具齿轮与圆柱齿轮齿数差,推导了面齿轮数控加工过程中具有四阶传动误差函数的齿面方程．利用盘形砂轮对渐开线圆柱齿轮齿向修形,发展圆柱齿轮齿向修形的鼓形齿面．建立面齿轮副轮齿接触分析条件,对具有四阶传动误差函数的面齿轮和齿向鼓形的渐开线圆柱齿轮的啮合进行了计算机仿真和啮合分析．研究结果表明,设计传动误差幅值为10″,在对准安装和轴夹角误差为0．02。的条件下,齿轮副输出的高阶传动误差幅值为0″,其他形位参数与预置的参数完全一致;齿面接触区域对安装误差不敏感,接触迹线始终稳定在齿轮半径的172mm附近。     

基于抛物线修形的斜齿轮传动啮合特性研究

齿面修形是提高齿轮副啮合性能的重要手段.为了提高啮合传动特性,对斜齿轮采用沿齿廓方向抛物线修形的齿面结构.结果表明,修形的斜齿轮传动啮合特性明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,恰当选择修形因数,可有效避免边缘接触;在存在轴夹角误差的条件下,几何传动误差为不连续直线段,因而振动和噪声不可避免;啮合区域对安装误差不敏感,在未对准安装的条件下,啮合印痕向轮齿两端仅有较小的偏移.     

按齿轮刚度理论进行齿廓修形及其加工方法

通过分析一对啮合齿轮的综合刚度变化,提出齿廓最大修形量的计算方法,并确定修形曲线方程及修形长度.利用ANSYS软件对修形后的齿轮进行有限元接触分析,验证了齿廓修形可以有效减小齿面载荷冲击.最后提出了修形齿轮的批量加工方法.     

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。     

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.     

人字齿轮齿廓修形优化设计与试验研究

文章从减振降噪和提高工效出发,小轮齿廓采用三段修形。通过改变齿条刀切削刃的形状,以三段抛物线代替齿条刀的直线齿廓,推导出了齿条刀的齿面方程,并给出了轮齿端面齿廓修形量的计算方法。以承载传动误差最小为目标函数,采用复形调优法进行优化,可以获得最佳修形参数。以一对试验人字齿轮为例,通过对修形前后承载传动误差、啮合振动和噪音的比较,验证了该修形优化方法的可行性。     

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。     

斜齿轮高阶传动误差设计与分析

为了改善斜齿轮副啮合传动性能,提出了应用四阶传动误差函数曲线,采用数控加工展成斜齿轮.利用抛物线齿廓的产形齿条与圆柱齿轮啮合推导小轮齿面方程.采用假想小轮的方法推导了四阶齿线修形大轮齿面数学模型.根据两齿面在啮合中连续相切条件,建立了含有误差的轮齿接触分析模型(TCA).仿真结果表明:该设计降低了接触印痕对安装误差的敏感性,相邻两个啮合周期的啮合转换点处,传动误差曲线的切线夹角接近180°,降低振动及冲击.     

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。     

应用大碟形刀具加工面齿轮的理论分析

为了提高大碟形(渐开线齿廓)刀具(滚刀或砂轮)加工面齿轮的效率,提出了一种无进给运动的大碟形刀具加工面齿轮的方法. 设计了碟形刀具,分析了用无进给运动的大碟形刀具制造面齿轮的加工原理,通过坐标变换建立了面齿轮的齿面方程和过渡曲面方程. 增加一个转角很小的附加运动以降低齿面误差,避免齿面干涉. 应用齿面接触分析说明了面齿轮的啮合性能. 计算实例表明:大半径碟形刀具和附加运动能加工出齿面精度较高的面齿轮,最大齿面误差为19 μm. 齿面接触分析表明这种面齿轮的啮合性能不亚于理论面齿轮的啮合性能.     

齿宽方向与法向修形面齿轮接触迹仿真分析

为了解决基于预设接触迹的面齿轮修形过程中程序实际可用性的问题,探究了沿齿宽方向修形方式相比于传统的法向修形除了具有编程可行性、运行效率高之外,是否会影响面齿轮接触区的分布情况.建立了面齿轮齿面方程;使用MATLAB分别编写了沿齿宽方向和法向进行修形的面齿轮修形齿面坐标生成程序,实现了修形后面齿轮的可视化,并用CATIA进行了三维建模;最后应用ABAQUS进行了2种修形方式的齿面接触分析,得到了面齿轮与小齿轮的分析仿真结果.由结果可知,齿宽方向修形方式可以得到更宽的接触区范围,但法向修形的接触区整体分布更靠近齿根,更符合面齿轮的力学特性,因此,在面齿轮强度足够的情况下,可以采用齿宽方向修形的方式替代法向修形的方式,这样会有利于后续进一步编写研究传动误差的程序.     

斜齿轮滑动摩擦功率损失的计算

应用齿轮啮合理论,提出了斜齿轮啮合滑动摩擦功损的计算方法。首先,利用轮齿接触分析得到齿轮副的啮合路径和接触印痕;然后,利用承载接触分析求得齿面接触点法向载荷和承载传动误差,通过求解一个周期内所有啮合位置,可以得到一对轮齿从进入啮合到退出啮合所有接触点的法向载荷和承载传动误差,极大减少了计算工作量;最后,将承载传动误差转换成齿面接触点的相对滑动速度并与该接触点处的摩擦力相乘得到该点的滑动摩擦功损,将所有接触点的滑动摩擦功损一起带入功率近似计算公式从而得到斜齿轮啮合的滑动摩擦功率损失。     

齿轮正弦优化修形曲线的试验研究

以一对直齿圆柱齿轮为研究对象,设计了齿轮动态性能最优时的正弦齿廓修形曲线,并在齿轮动态效应试验台上进行了对比实验。通过比较修形齿轮和标准渐开线齿轮的振动加速度和噪声,证明了本优化修形方法在提高齿轮传动动态性能设计中的突出效用。