环面渐开线齿轮的动态接触分析

以环面渐开线齿轮为研究对象,根据齿轮啮合原理及滚齿加工原理,利用产形齿条的齿面方程,分别推导出凸、凹环面渐开线齿轮齿面方程。根据不产生尖化或根切的数学条件,基于MATLAB开发了环面渐开线齿轮几何参数设计的Graphical User Interface。以环面渐开线齿轮齿面上点的三维坐标构建三维实体模型,并将实体模型导入Hypermesh中划分网格。基于非线性接触算法,建立凸—凹环面渐开线齿轮啮合的有限元模型,在ABAQUS中对其进行动态接触分析,结果表明环面渐开线齿轮齿宽受根切及尖化的限制,而在齿面接触应力方面,双齿啮合区齿面接触应力较小,单齿啮合区齿面接触应力较大。     

螺旋齿面齿轮两自由度车齿原理研究

针对现有齿轮加工方法不能加工较大螺旋角的螺旋齿面齿轮问题,提出了一种螺旋齿面齿轮的车齿加工方法。根据空间交错轴啮合原理,建立螺旋齿面齿轮两自由度车齿的理论加工模型,研究车齿刀、假想螺旋产形齿轮和螺旋齿面齿轮的安装布置关系,分析面齿轮车齿中的自由度,建立车齿中刀具和面齿轮的展成运动模型。以直齿渐开线作为刀具的切削刃形,运用微分几何与啮合原理,推导车齿加工的啮合方程、螺旋齿面齿轮的工作齿面方程以及过渡齿面方程,并建立了螺旋齿面齿轮的车齿齿面与理论齿面的误差分析模型。仿真表明：凸齿面离散点误差为-0.01～-0.02mm,凹齿面离散点误差接近0,从而验证螺旋齿面齿轮两自由度车齿加工原理的可行性。     

基于小轮连续变位修形的面齿轮副啮合特性研究

在环面渐开线齿轮加工原理的基础上,将基于连续变位的齿向修形方法应用于面齿轮传动中的圆柱齿轮,得到一种修形面齿轮副。首先,利用微分几何学与空间啮合理论推导出修形面齿轮副的齿面方程。然后,对其进行齿面接触分析(TCA)和曲率干涉检验。算例分析表明,该修形面齿轮副具有如下特点:可避免偏载现象的发生;可降低接触轨迹对安装误差的敏感程度;在啮合点处不会发生曲率干涉。最后,基于有限元方法,利用ABAQUS对其进行加载接触分析(LTCA)。     

偏置非对称面齿轮啮合原理及复杂共轭齿面精准设计

根据齿轮空间啮合理论,建立齿轮啮合的空间坐标系,推导出非对称渐开线圆柱齿轮和偏置面齿轮的数学模型,建立了偏置非对称面齿轮的啮合方程.以啮合方程为约束条件,编写了求解偏置面齿轮副齿面点云坐标的数值计算程序,求解出偏置面齿轮副的齿面点云坐标,通过拟合点云得到偏置面齿轮的复杂曲面模型;研究了偏置非对称面齿轮内径不根切、外径不变尖的问题,确定了齿宽的限制条件.确定偏置面齿轮副的基本设计参数,求解出齿面离散坐标点并导入三维软件中,建立了偏置面齿轮和非对称圆柱齿轮的精确几何模型.研究成果对装备用特种偏置非对称面齿轮传动系统设计制造具有指导意义.     

蝶形砂轮安装误差对面齿轮齿面几何误差影响规律

基于面齿轮的碟形砂轮磨齿加工原理,建立了磨齿加工数学模型,分析了面齿轮齿面磨削误差产生的机理,并推导了考虑砂轮安装误差的面齿轮齿面方程,根据误差齿面计算了齿面啮合工作区法向误差平均值,确定了两类砂轮安装位置误差对面齿轮齿面加工误差影响的敏感方向,在此基础上分析了蝶形砂轮安装位置误差和齿面加工误差的内在联系,获得了砂轮安装位置误差对面齿轮齿面加工误差的影响规律,为面齿轮齿面加工误差反馈补偿提供理论依据。     

刀具安装误差对面齿轮齿廓曲面影响分析

为分析插齿加工中刀具安装误差对面齿轮齿廓曲面的影响,建立考虑刀具安装误差的面齿轮插齿加工的啮合坐标系;采用包络原理,推导了面齿轮齿廓曲面方程;应用数值仿真的方法,建立了含刀具偏置与轴交角误差的面齿轮齿廓曲面模型,分析刀具偏置与轴交角误差对面齿轮齿廓曲面的影响。研究结果表明,面齿轮齿廓曲面对刀具的安装误差不敏感。     

螺旋渐开线齿轮的齿面生成研究

针对圆柱型螺旋渐开线齿轮不易滚削加工的问题,构造出一种碟形螺旋渐开线齿轮,使其滚削加工成为可能。根据齿轮啮合原理及特殊的加工方法,由产形齿条的齿面方程,推导了碟形螺旋渐开线齿轮的渐开螺旋面、过渡曲面及齿根面的方程。采用MATLAB编程得到碟形螺旋渐开线齿轮齿面的点三维坐标值。由生成的齿面上点的三维坐标值,在Pro/E中构建了碟形螺旋渐开线齿轮精确实体模型,为该齿轮的接触分析与有限元分析奠定了基础。     

变齿厚斜齿轮的齿面生成研究

根据齿轮啮合原理及变齿厚斜齿轮的加工原理,由产形齿条的齿面方程,推导了变齿厚斜齿轮渐开螺旋面、过渡曲面及齿根面的齿面方程;用Matlab编程生成了变齿厚斜齿轮完整、精确的齿面;由生成齿面上点的三维坐标值,建立了变齿厚斜齿轮的精确实体模型。这一齿面生成的方法具有一定的通用性,可以方便地生成圆柱直齿轮、斜齿轮以及变齿厚直齿轮的精确齿面。     

螺旋渐开线齿轮的齿面生成研究

针对圆柱型螺旋渐开线齿轮不易滚削加工的问题,构造出一种碟形螺旋渐开线齿轮,使其滚削加工成为可能。根据齿轮啮合原理及特殊的加工方法,由产形齿条的齿面方程,推导了碟形螺旋渐开线齿轮的渐开螺旋面、过渡曲面及齿根面的方程。采用MATLAB编程得到碟形螺旋渐开线齿轮齿面的点三维坐标值。由生成的齿面上点的三维坐标值,在Pro/E中构建了碟形螺旋渐开线齿轮精确实体模型,为该齿轮的接触分析与有限元分析奠定了基础。     

抛物形齿线圆柱齿轮啮合特性研究

研究了抛物形齿线圆柱齿轮滚切加工方法和齿面接触分析.在推导滚刀齿面方程的基础上,利用抛物形齿线滚切原理和啮合方程推导了其齿面数学模型;根据两齿面在啮合过程中连续相切条件,建立了考虑安装误差的齿面接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)模型.齿面接触分析仿真结果表明,用抛物形刀具齿廓对齿面修形,可改善齿轮副啮合性能;在安装误差条件下,接触印痕将偏离齿宽中心;通过改变抛物形系数,可降低接触印痕对安装误差敏感性.     

Tooth flank, undercutting and tooth pointing of spherical gears

By the developed mathematical model of spherical gears from literature [16], conditions of tooth undercutting of spherical gears with convex and concave teeth and tooth pointing conditions of the proposed concave spherical gear are derived. Besides, tooth flank profile deviations, limit curves of tooth undercutting and the beginning points of tooth undercutting and tooth pointing of the proposed spherical gear can be obtained by applying the spherical gear tooth mathematical model and the developed computer simulation programs, as illustrated by five numerical examples.     

螺旋锥齿轮大轮齿形误差的在机测量

为了在国产数控螺旋锥齿轮磨齿机上实现大轮齿形误差的在机测量,对大轮齿形误差的在机测量方法进行了研究。基于齿轮坐标系与机床坐标系之间的关系,建立了将齿面离散点坐标及法矢从齿轮坐标系转换到机床坐标系的方法。根据大轮的齿面几何特征,建立了大轮齿形误差的在机测量方法以及测量流程。根据在机测量得到的测球球心空间坐标,运用曲面拟合技术和最优化算法,计算了实际齿面相对于理论齿面沿各离散点法矢方向的齿形误差值。通过对比在机测量和齿轮测量中心的齿形误差测量结果,验证了螺旋锥齿轮大轮齿形误差在机测量方法的正确性。     

一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

提出一种接触印痕位置参数分析法,用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能,采用局部综合法,设计弧齿锥齿轮加工参数,得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下,计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下,进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标,分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量,采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时,对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象,依据上述方法,确定出不同类型安装误差的可变动范围,验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。     

螺旋锥齿轮齿面离散点空间坐标及法矢的计算

根据螺旋锥齿轮的切齿加工方法和齿轮啮合原理,运用矢量运算的方法建立了大轮成形法加工和小轮刀倾法加工的理论齿面方程并规划了齿面计算网格点区域.运用Visual Studi0 2008编程环境,编写了理论齿面各离散点空间坐标及法矢的计算软件,通过该软件可计算得到螺旋锥齿轮理论齿面各离散点在齿轮坐标系中的坐标值和单位法矢.将得到的理论齿面坐标点及法矢导入到三坐标测量机中进行测量获得各离散点的齿形误差,然后将获得该理论齿面坐标点及法矢的参数输入到CNC3906齿轮测量中心进行齿形误差测量,获得齿面上各离散点的齿形误差.将两组齿形误差测量数据进行对比分析,论证了所开发的计算软件的正确性,为螺旋锥齿轮齿面偏差的测量以及螺旋锥齿轮数字化闭环制造提供了正确的理论齿面数据.     

轴线不平行度对人字齿轮齿面啮合性能的影响分析

人字齿轮传动由于加工安装误差、轴承支撑布置无法对称等条件,不可避免会产生轴线的微量不平行。因人字齿轮齿宽较大、啮合刚度高、标准渐开线齿面线接触等特点,微量的轴线不平行度就会导致严重的齿面偏载,影响齿轮传动的平稳性和可靠性。因此,采用了小轮较大轴向浮动的轴承支撑结构,并研究了小轮轴向浮动的人字齿轮齿面承载接触仿真(LTCA)方法,通过大、小轮轴向固定和小轮轴向浮动两种不同轴承支撑结构的仿真比较,说明小轮轴向自位浮动可以有效改善齿面偏载,为人字齿轮传动系统的设计提供了参考。     

摆线齿锥齿轮的产成原理及其产形面方程

根据加工中摆线齿锥齿轮、工作台及刀盘的相对运动关系,推导出变位情况下摆线齿锥齿轮产形面方程,据此可以导出啮合线、齿轮啮合面方程,对于进一步研究该类型锥齿轮的齿面特点和啮合特性及其加工有一定的参考价值.     

高阶变性偏心共轭非圆齿轮的凹凸性及根切判别

为满足一个运动周期内传动比有多个非对称变化的要求,提出了一种新型非圆齿轮形式--高阶变性偏心共轭非圆齿轮,建立了高阶变性偏心共轭非圆齿轮节曲线方程。依据微分几何原理,推导建立了主从动轮节曲线的凹凸性判别条件和加工过程中不发生根切时齿轮模数与节曲线最小曲率半径之间的关系。运用VB语言编写了高阶变性偏心共轭非圆齿轮的设计与仿真程序,并通过算例予以验证。     

基于计算机数字控制弧齿锥齿轮加工机床的准双曲面齿轮的制造

基于五轴联动数控铣齿机的概念模型,提出一种新的加工准双曲面齿轮主动设计齿面的切齿原理.推导出相应的切齿啮合方程、工件齿面二阶参数展成控制方程和工件齿深控制方程,并给出机床运动函数、刀盘中心速度以及刀尖半径的具体求解方法.在求解过程中,不涉及刀盘中心加速度以及更高阶运动参数的计算,可简化求解过程.使用该切齿原理进行切齿时,可在有效保证齿深的前提下,在切齿加工过程中实现对沿工件齿面设计接触迹线切矢和切齿接触线切矢两个方向上齿面二阶参数的精确控制.同时,该切齿加工理论还可以推广到其他多种复杂点啮合齿面的加工过程中.     

展成法大轮准双曲面齿轮点啮合齿面主动设计

为准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计建立通用的技术平台对于方便点啮合齿面主动设计的实际应用和更加深入的锥齿轮技术研究都是一项重要的基础工作.基于三轴联动锥齿轮机床建立准双曲面齿轮展成法大轮齿面的通用数学模型.根据点啮合齿面主动设计的原理和方法,在大轮轴截面内描述空间齿面啮合的接触点迹线,推导得到了展成法大轮点啮合齿面主动设计所需要的具体计算公式.这些公式可用于不同展成型式的展成法大轮点啮合齿面主动设计.最后,给出了一个展成法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计的算例.     

机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差影响规律的理论研究

机床误差是导致圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差的主要原因,研究机床误差与齿面误差之间的关系将为机床加工参数反求、齿面误差修正等提供理论依据。基于圆弧齿线圆柱齿轮成型原理建立了齿轮机床结构模型,建立了机床坐标系体系。通过齿坯和刀盘位置误差、刀具形状误差对机床整体误差进行描述,基于啮合原理推导了理想情况下和包含机床误差的齿面方程。研究了齿轮误差曲面计算方法,采用二阶近似曲面和齿面平均误差影响系数分析不同机床误差下误差曲面,研究机床误差对齿面误差的影响规律。通过实例分析了被加工齿轮几何参数不变时和变化时,机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮凹齿面误差影响规律。