分形理论模型的摆线针轮的接触刚度研究

为了准确计算摆线针轮分形面的接触刚度,提出了一种考虑摩擦系数的分形模型。采用修正后的Weierstrass-Mandelbrot函数和微分几何建立了一种二阶抛物线法修形的摆线轮齿与针齿的二维粗糙表面的几何模型,该模型体现了在宏观和微观视野中以独特地形式表达摆线轮齿完全共轭齿廓与针齿的形貌特征;在啮合载荷作用下摆线针轮处于弹性变形阶段,引入了摩擦因子,计算微观层面中的两个粗糙接触面的接触刚度。计算实例结果表明: 摆线针轮分形面的接触刚度Kn随着轮廓上的啮合力F的增大而先保持平稳,再快速增长,最后向下倾斜状态。其中,表面粗糙度Ra增加和摩擦因子u增大,导致接触刚度Kn减小;修形系数a1的增加会放缓接触刚度Kn的增加。以LTCA模型建立的赫兹接触刚度相比,验证了摆线针轮分形模型的正确性,体现了接触刚度Kn求解时,从静态转化为动态过程,单一性转化为连续性的优势。     

一种加载轮齿接触分析的通用模式

研究了齿轮动力传动过程中轮齿啮合状态的数值仿真方法－加载轮齿接触分析。通过分析齿轮传动的一般过程及其加载啮合条件，建立了一种适用于各类点接触齿轮、线接触齿轮的轮齿啮合状态分析的通用模式。由此可以求出齿轮动力传动过程中任一时刻参与啮合的轮齿数、齿面接触区的位置形状及接触压力分布、齿轮传动误差、轮齿载荷分配等。     

Research on meshing theory of noninvolute beveloid gears

0　INTRODUCTIONThistypeoftransmissionofbeveloidgears (alsoknownasconicalinvolutegears)hasdrawnmuchattentionsinceitwasproposedbyanAmerican ,A .S .Beamin195 4.Becausebeveloidgearscanservethemotiontrans missionbetweenparallelaxesandcaneasilyadjustthebacklashofthetwomatinggearsbymovingthemaxially ,beveloidgearscanbeappliedtosomeultra precisionma chinetransmissionswithlimitedbacklash .Muchprogresshasbeenmadeinthestudyofmeshingtheoryonbeveloidgearswithparallel axes .Infact ,alotofbeveloidgears…     

变载荷下Klingelnberg锥齿轮接触迹线规律

基于克林根贝尔格锥齿轮齿面加工原理, 建立齿面方程, 用拟Newton法在MATLAB中进行齿面方程离散, 构建克林根贝尔格锥齿轮的几何模型;基于变载荷接触有限元分析原理, 应用Abaqus仿真克林根贝尔格锥齿轮在变载荷情况下的轮齿啮合状态, 并研究其接触迹线变化, 给出载荷变化与轮齿接触迹线变化之间的关系;根据克林根贝尔格锥齿轮高重合度, 提取3对啮合轮齿模型, 研究其在轻载、中载、重载下接触迹线变化情况.结果表明:随着载荷的增大接触椭圆的面积逐渐增大, 且接触椭圆的形状、倾斜方向、位置也随载荷的增大而发生变化;接触迹线移动方向由水平方向逐渐变为沿对角方向, 根据受力后接触面移动规律, 可预先将接触区调在小端, 这样可提高齿轮的承载能力.     

准双导程锥蜗杆传动研究

提出和建立了准双导程锥蜗杆传动的概念与方法。蜗轮蜗杆构成的传动仍然建立在空间相错轴螺旋齿轮传动原理基础上。蜗杆的两侧齿面是两个螺旋角不等的阿基米德螺旋面,是一种等导程锥螺杆。蜗轮蜗杆传动啮合状态等效于双导程锥蜗杆传动,它在两个基圆柱公切面内形成近似直线接触。准双导程锥蜗杆传动,蜗杆可以在车床上采用类似于切削锥螺纹的方法完成加工,配对的锥蜗轮利用标准模数齿轮滚刀实施切齿加工,使工程实施更为简便。分析了阿基米德螺旋面替代渐开螺旋面的误差及其影响因素,推导了蜗杆与蜗轮相关几何参数计算公式。在已经建立的传动副设计方法基础上,完成样件加工和初步传动试验。     

复合摆线少齿差行星传动的齿廓几何特性与啮合特性变化规律

针对摆线针轮少齿差行星传动的摆线针轮啮合角大、转臂轴承可靠性低与针齿均布位置精度要求高等问题,作者利用几何可控性较强的复合摆线构建少齿差行星内齿齿廓,提出一种新型高性能复合摆线内齿型少齿差行星齿轮副：基于传统摆线行星传动几何原理,提出复合摆线内齿齿廓曲线的几何设计方法,分析齿形调控参数c₂对复合摆线内齿齿廓曲线几何形状与曲率变化的影响规律;基于齿轮啮合运动学共轭原理,建立复合摆线内齿齿廓方程、齿轮副共轭传动啮合方程、少齿差行星共轭齿廓方程与啮合线方程;利用参量转化法分析复合摆线内齿齿廓的啮合界限特性;根据共轭齿廓出现奇异点的几何原理,推导其不发生根切的判定方程;研究该新型齿轮副的啮合线、重合度、压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性及其变化规律,提出诱导法曲率与滑动率的啮合区间敏感性分析方法。研究结果表明：复合摆线内齿齿廓存在啮合界限点,啮合界限特性与根切判定方程分别为新型齿轮副内齿齿根过渡曲线设计、共轭齿廓无根切设计提供了有效的理论方法;啮合线与重合度的分析表明该新型齿轮副具有多齿啮合特性;当新型齿轮副的齿数、偏心距、齿高和内齿分布圆半径确定后,c₂是唯一影响压力角、诱导法曲率与滑动率的齿轮参数,行星轮压力角的最小值与平均值随c₂减少而降低,在一个啮合周期内,c₂对诱导法曲率与滑动率的影响存在着不敏感与敏感区间,可忽略c₂对不敏感啮合区间诱导法曲率和滑动率的影响,敏感区间的诱导法曲率平均值、滑动率幅值与平均值均随着c₂减少而降低。相对于同参数的传统摆线行星传动,新型齿轮副在压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性方面具有传动优势,相应地,反应出其较好的多齿啮合特性、传力特性、润滑与承载特性及抗磨损特性,具有一定的工程应用价值。     

Mathematical models of grinding manufacture and tooth contact analysis of spherical gears

The spherical gear is a gear-driven mechanism with two degrees of freedom (DOF), which can transfer spatial motion and power. Grinding machining of the spherical gear is performed with a plate grinding wheel by using generating method, and based on mathematical model of the plate grinding wheel, the mathematical model of the spherical gear is set up. And then, the meshing model of a spherical gear pair is developed and the tooth contact analysis (TCA) of the spherical gear pairs is performed. After that, th...     

面齿轮啮合过程中齿面接触域的分析与研究

根据齿轮啮合原理,分析了面齿轮齿面的形成;分析并计算了面齿轮的齿面法曲率及啮合诱导法曲率,阐述了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素;推导了点接触正交面齿轮传动接触轨迹方程;计算了面齿轮啮合接触域的大小、方向和接触力,并对接触域进行仿真,发现齿面接触痕迹明显偏于轮齿内侧,并通过啮合实验得以验证,这一结论为面齿轮传动的合理设计和使用提供理论依据。     

新型窄人字齿轮的齿面生成与啮合分析

根据齿轮啮合原理、现代设计理论及方法, 针对人字齿轮的齿形进行探索, 设计了左、右旋齿面交替排列的新型窄人字齿轮, 推导了该齿轮的齿面、接触线、啮合面方程;运用数学分析软件MATLAB、三维设计软件UG与ADAMS虚拟样机软件, 建立了精确的齿轮实体模型, 并进行干涉检查, 计算了轮齿在典型位置的理论接触线, 并与用UG生成的接触线进行了对比分析, 得到了齿轮的接触线变化规律;对窄人字齿轮传动受力情况进行理论分析与仿真, 获得了该齿轮传动的受力特性.结果表明:窄人字齿轮传动重合度与当量斜齿轮一致, 啮合轴向力有波动, 波动幅值比当量斜齿轮轴向力小, 且幅值随重合度的增加而减小.     

面齿轮啮合过程中齿面温度仿真

齿面温度及其变化是计算轮齿变形和判断齿轮是否胶合的主要依据。根据面齿轮传动以及传热学的基本原理,通过对面齿轮啮合接触区进行分析,运用表面温度法,介绍了面齿轮点接触区润滑数学模型、油膜厚度方程和油膜能量方程,建立了面齿轮传动的齿面瞬时接触温度的计算方程。研究了啮合齿面间的接触应力、齿面相对滑动速度以及齿面间的摩擦系数等相关参数的计算。对面齿轮传动的啮合过程中不同啮合位置时,齿面温升进行有限元分析,研究面齿轮齿面温度的分布规律,为面齿轮的设计提供有效的理论依据。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面曲率特性研究

齿轮副共轭齿面间的曲率关系是表征齿轮传动质量好坏的重要参数,对齿面诱导法曲率、接触区形状、接触特性、润滑特性、磨损和齿面压应力都有直接的影响。作者基于变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程对其曲率表达式进行推导并研究了其变化规律。首先根据大刀盘加工原理,利用坐标变换得到了变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程。基于得到的齿面方程,利用微分几何和空间啮合原理对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率的数学表达式进行了推导。根据所推导的数学方程利用计算机软件得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副的齿面数据点,并对该齿轮副的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率进行了仿真分析,得到了在啮合过程中齿轮曲率的变化规律。通过仿真结果可知齿轮副的凹、凸齿面在齿线方向的主曲率变化趋势是一致的,但略有差异;在齿廓方向主曲率都在逐渐增大,但增加幅度恰好相反,并且主曲率的变化趋势与齿形的凹凸性是一致的。齿轮副的高斯曲率和平均曲率都很小,在啮合过程中变化幅度很小,没有发生突变,这就证明了该齿轮副的光滑程度很高,齿面连续。诱导法曲率在齿线方向的主值很小,基本接近于0,在齿廓方向的主值为负值,从而证明了该齿轮副在啮合过程中没有干涉现象发生。通过曲率研究证明了该齿轮传动性能很好、传动平稳,同时也为该齿轮后续的研究、开发和设计提供了一定的研究基础。     

曲面积分与局部有限元联合求解摆线锥齿轮非线性振动特性

针对重载啮合中动态传递误差所导致的非线性振动问题,以及如何准确预测和计算等摆线锥齿轮传动中的动态传递误差进一步改善这类齿轮系统振动特性,研究了在一定的运行速度和扭矩范围内摆线锥齿轮的动态响应特性,对摆线锥齿轮非线性振动特性提出了一种新的曲面积分与局部有限元联合求解方法,这种方法可以精确表达轮齿几何及轮齿接触力等对齿轮动力学性能有关键影响的因素;此外,所提出的方法无需将静态传递误差、时变拟合刚度和啮合频率变量等非线性因素作为外部的激励进行求解,而是从齿轮啮合的每一时步计算动态接触力以及动态传递误差,最终得出摆线锥齿轮的非线性振动特性,采用本方法可以较好地改善摆线锥齿轮的振动特性.     

圆柱滚子包络蜗杆传动不同啮合方式的性能分析

为分析圆柱滚子包络环面蜗杆不同啮合方式对蜗杆传动性能的影响,基于微分几何与空间啮合原理建立圆柱滚子包络蜗杆传动的啮合方程;通过选取蜗轮旋转角得到普通环面、端面、内啮合3种典型蜗杆传动,利用诱导法曲率方程和润滑角方程对蜗杆传动进行啮合与润滑性能分析。研究结果表明:3种不同啮合方式的蜗杆润滑性能由高到低依次为圆柱滚子包络内啮合蜗杆、圆柱滚子包络端面蜗杆、圆柱滚子包络环面蜗杆;3种结构在啮合性能上无明显差距。该研究对滚子包络蜗杆传动的不同啮合段和参数的选取提供了参考。     

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ANSYS workbench齿轮啮合刚度计算及动力学仿真

为了解决在齿轮动力学仿真中啮合刚度的时变性问题,在三维建模软件Solidworks中,通过渐开线参数方程建立了直齿圆柱齿轮装配体模型,将模型导入ANSYS workbench的瞬态动力学模块,用准静态的方法求出了综合啮合刚度,考虑齿轮的惯性效应以及轮齿摩擦力进行齿轮动力学仿真.结果表明,实际情况下综合啮合刚度与理论重合度计算的综合啮合刚度是不同步的.轮齿在进入和退出双齿啮合时振动加剧,轮齿的交替啮合产生冲击力,单齿啮合比双齿啮合振动强烈.     

正交变传动比面齿轮副的强度计算与分析

为了提高正交变传动比面齿轮副的承载能力,探索该面齿轮副的基本参数对其强度特性的影响.应用空间齿轮啮合传动原理、微分几何学和机械设计基础,建立点接触正交变传动比面齿轮副的坐标系,推导出正交变传动比面齿轮的齿面方程,得到正交变传动比面齿轮的主曲率和压力角计算方法.对该面齿轮进行了受力分析,建立了正交变传动比面齿轮副的强度校核方法,并探讨了该面齿轮副的基本参数对接触应力和弯曲应力的影响.通过传动实验与理论结果的对比分析,验证了该面齿轮副强度计算方法的正确性.     

三次样条齿线圆柱齿轮齿面接触分析

对三次样条齿线圆柱齿轮滚切加工和齿面几何接触进行了分析.在推导修形滚刀齿面方程的基础上,利用三次样条齿线滚切原理和啮合方程得到其齿面数学模型;根据两齿面在啮合中连续相切条件,建立了考虑安装误差的齿面接触分析（TCA）模型.齿面接触分析仿真结果表明,用抛物线形齿廓刀具对齿面修形,可获得抛物线型的几何传动误差,改善了啮合性...     

两种标准直齿圆柱齿轮传动设计方法的比较

列举了两种齿轮传动设计方法,一种是先按齿面接触疲劳强度设计,再校核齿根弯曲疲劳强度的方法;一种是分别按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度进行计算的方法.并对两种设计方法所得齿轮的几何尺寸进行了比较.     

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.     

交错轴双滚子包络环面蜗杆传动啮合分析

为了消除环面蜗杆传动的齿侧间隙,提高其传动的精度和效率,分析了传统消隙蜗轮副的不足,在无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动研究基础上提出一种交错轴双滚子包络环面蜗杆传动,采取双排滚子错位布置,且滚子轴线与蜗轮径向偏转一定角度。阐述了交错轴双滚子包络环面蜗杆传动的工作原理,依据空间齿轮啮合理论和微分几何理论,采用运动学法建立了蜗杆副的动静坐标系及接触点处的活动坐标系,推导了该新型环面蜗杆齿面方程和蜗轮齿面接触线方程,并导出了该传动的一界函数、诱导法曲率、润滑角及自转角等齿面啮合参数计算公式。最后运用matlab软件进行了数值仿真,并分析了滚柱偏置距离c2、滚柱半径R、交错角γ等参数对该蜗杆传动啮合性能的影响。仿真实例表明:要使该传动保持良好的接触性能和润滑性能,c2不宜超过10 cm,R在8～15 cm之间,γ在28°～50°之间。