制造的斜齿轮齿向修形曲线的优化分析

蜗杆砂轮磨削是中小模数齿轮批量精密加工的主要工艺,其在加工齿向修形斜齿轮时,存在原理性误差,产生齿面扭曲,影响齿轮的传动性能。为此,分析了蜗杆砂轮磨削齿向修形斜齿轮齿面扭曲的产生机理,建立了齿向修形量与齿面扭曲量间的关系模型。从减小制造原理误差的角度,提出一种齿向鼓形修形曲线的优化方法。以某齿向修形齿轮蜗杆砂轮磨削为例,计算了齿向修形曲线优化前后齿面的扭曲量,分析了齿面接触应力以及载荷分布,证明了该优化方法的可行性。     

成形磨削人字齿轮齿面扭曲消减设计方法

齿面扭曲是螺旋线修形人字齿轮成形磨削时产生的一种加工误差,为了消减齿面扭曲,提高磨削精度,基于逆向思维提出了一种齿轮反扭曲加工计算方法来消减齿面扭曲引起的加工误差。根据成形磨削人字齿轮空间啮合坐标系,求解标准齿轮齿面、齿面扭曲和齿面反扭曲多位置处的接触线,并通过计算齿面法曲率和螺旋线修形量,建立人字齿轮齿面反扭曲模型;联合蒙特卡洛法对修形前后人字齿轮进行接触线优化,通过有限元方法分析齿面反扭曲和齿面扭曲的传动误差、齿面接触应力;最后,比较了修形后齿面扭曲和齿面反扭曲的动态特性。结果表明,齿面反扭曲加工能够有效消减人字齿轮齿面加工原理性误差,提高人字齿轮磨削精度。     

采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究

为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。     

含扭曲误差的鼓形斜齿轮接触分析

基于修形齿面的扭曲误差产生机理,推导出含扭曲误差的鼓形斜齿轮齿面数学方程;建立含扭曲误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮的轮齿接触分析(Tooth contact analysis, TCA)模型;并从计算齿面扭曲量的公式中选取螺旋角和修形量两个主要设计参数,分析其对传动误差和接触椭圆的影响规律。结果表明：齿向修形斜齿轮的修形量和螺旋角越大,齿面扭曲现象越严重;修形量和螺旋角增大使得传动误差幅值增大,影响传动平稳性;修形量对接触椭圆面积的影响小,而螺旋角增大,接触椭圆面积减小,使得接触应力增大,通过有限元分析验证螺旋角和修形量对齿面接触应力的影响;通过调整修形量和螺旋角可以控制扭曲量、传动误差幅值和接触椭圆面积,这对齿向修形斜齿轮的优化设计有较大的参考价值。     

基于多轴附加运动优化的成形磨削修形齿面扭曲消减方法

针对齿向修形斜齿轮成形磨削时产生的齿面扭曲误差,提出一种基于多轴附加运动优化的齿面扭曲误差消减方法。基于五轴联动数控成形磨齿机建立成形砂轮与齿轮的空间啮合坐标系,求解理论修形齿面及实际修形齿面在多个位置处的接触线;定量分析了x,y,c轴附加运动对齿廓斜率偏差的影响规律,以多轴附加运动代替常规x轴附加运动进行齿向修形,并借助遗传算法对各个位置处的多轴附加运动量进行联合优化,使实际修形齿面接触线与理论修形齿面接触线匹配,从而提高修形齿面的理论磨削精度。通过仿真分析及磨削实验证明,该方法可以有效消减齿面扭曲误差,提高修形齿面的成形磨削精度。     

齿向修形斜齿轮成形磨削齿面原理性误差分析

齿向修形斜齿轮的成形磨削存在齿面原理性加工误差,为提高磨削精度,在分析齿面原理性误差产生机理的基础上,建立齿面误差模型,并提出误差控制方法。采用点矢量族数字包络方法建立了齿向修形斜齿轮的接触线计算模型,并组合砂轮磨削轨迹上的接触线得到仿真齿面,进而通过齿面仿真实例对齿面误差进行评定。从接触线形态及X轴、C轴附加运动3个方面对修形齿面原理性误差产生机理进行分析,建立齿面误差计算模型,并与仿真实例结果进行对比验证了误差计算模型的正确性。为了控制齿面误差,提出砂轮安装角及砂轮廓形的联合优化方法。通过齿向修形齿面磨削仿真实例,验证了所提误差控制方法的有效性。     

基于瞬时接触线的齿向修形刀位优化方法

针对传统的附加径向运动进行斜齿轮齿向修形时的修形扭曲问题,提出一种调整瞬时接触线的刀位优化方法。从成形磨削的本质出发,基于位形空间的啮合理论,求解得到砂轮与工件之间精确的空间动态接触曲线;对瞬时接触线包络出的修形齿面与理论齿面进行误差分析,并基于啮合区域误差平方和最小原理对实时的径向刀位进行优化;以一种齿向鼓形修形齿轮为例对该方法进行了验证。模拟及实验结果表明,该方法可有效消除节圆处的修形误差,并可降低整个啮合区域的修形误差。     

齿廓方向修形的斜齿面齿轮啮合特性研究

主要研究了修形面齿轮副传动的啮合特性.提出了一种沿齿廓方向抛物线修形的面齿轮齿面结构,对传统斜齿面齿轮和修形的斜齿面齿轮副的啮合进行了比较.计算机仿真表明,修形的斜齿面齿轮传动啮合性能明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,有效避免了边缘接触;啮合区域对安装误差较为敏感,特别是轴夹角误差的大小,对啮合印痕在齿面上分布的影响尤其明显,容易导致接触区域向面齿轮的大端和小端偏移.     

变位面齿轮副小轮双向修形轮齿接触分析

建立了变位面齿轮的加工和啮合坐标系,推导了变位小轮和变位面齿轮的齿面方程,将变位小轮理论齿面与修形曲面叠加构造了精确的修形齿面,对齿面进行了仿真并可视化,并对变位面齿轮副中小轮双向修形后进行了齿面接触分析,计算了不同安装误差下的啮合轨迹和几何传动误差,算例表明,修形后获得了开口向下2阶抛物线几何传动误差,降低了接触印痕对安装误差的敏感性,变位面齿轮副传动啮合性能得到改善。     

非正交修形斜齿面齿轮传动接触应力计算研究

非正交修形斜齿面齿轮是一种具有普适性的交叉轴齿轮传动方式,目前还没有接触应力解析计算公式,只能依靠有限元软件进行接触应力计算。给出了其接触应力计算方法和相应的计算公式。首先,基于曲面啮合传动原理,推导了非正交修形斜齿面齿轮齿面方程;其次,建立含安装误差的接触分析坐标系,由齿面接触分析原理得到接触点及其曲率计算方程;最后,按赫兹接触理论推导出一般形式的接触应力解析计算公式,该接触应力计算公式可以计算正交与非正交、修形与非修形、直齿与斜齿等各种不同形式的面齿轮传动接触应力,通过编制程序快速计算出相应的接触应力。以某一设计参数的面齿轮副为例,应用提出的接触应力计算方法计算出接触应力,同时利用Abaqus有限元软件进行齿面接触应力计算,提取有限元计算的面齿轮齿面接触应力值,与解析计算公式的结果进行对比,两者误差为5. 23%左右。对比结果表明,给出的非正交修形斜齿面齿轮齿面接触应力计算方法与计算公式正确可行。     

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。     

斜齿轮成形磨削齿向修形齿面模型构造与误差评价

砂轮磨削带齿向修形的斜齿轮时,砂轮与齿轮之间的接触线时刻发生变化,其附加运动会使齿向一面产生“修形扭曲”,为此,提出一种高精度建立齿向修形齿面的方法。根据齿向修形原理,推导出成形磨齿的实际接触线方程;通过改变中心距的值,沿齿向得到多组接触线,使用NURBS曲面拟合,得到齿向修形齿面;对影响齿面精度的主要因素齿廓偏差和螺旋线偏差进行分析并提出误差评价模型。以鼓形修形斜齿轮为例,介绍齿向修形齿面构造全过程。磨齿实验验证了模型的准确性以及齿向修形齿面构造的高精度性。     

渐开线齿轮加工过程中的大周期误差研究

基于齿轮误差理论,对渐开线齿轮大周期误差进行研究。大周期误差属于低频,主要包括滚齿加工中的几何偏心、运动偏心和它们的合成与补偿,以及在插齿加工中的插齿刀的偏心误差。研究表明,对于滚齿加工来说,几何偏心对左、右齿面产生的啮合线误差等于该齿面上的径向与切向之和;运动偏心对左右齿面产生了一个大小相等且方向相反的误差且误差曲线是正弦曲线;几何偏心而不是运动偏心对齿廓径向误差有影响;可以引入几何偏心去补偿运动偏心。     

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。     

渐开线斜齿轮整体虚拟滚齿仿真及齿面精度研究

利用专业三维软件CATIA V5的宏程序功能,基于共轭齿面包络加工原理,研究了滚刀加工渐开线斜齿轮的计算机虚拟加工问题,完成了斜齿轮的整体虚拟滚齿切削仿真技术。利用CATIA中的命令提取并结合由虚拟加工得到的众多细小曲面来形成齿轮齿面,实现了精确齿轮整体模型的仿真加工方法,并通过与理论齿面比较,齿面精度误差在1μm以下,验证了该方法的正确性,并对可能影响齿面精度的加工因素进行了探讨。本方法为提供齿轮机床的误差形成原理,以及理论齿面和误差齿面的齿轮有限元分析提供了一个虚拟的三维数据研究平台。     

齿面综合研磨率分析与研齿性能试验

首次通过对研齿过程的轮齿接触仿真,齿面瞬时接触应力、齿面滑动系数与齿面研磨概率的研究分析,建立了齿面综合研磨率的评价指标,并进行了研齿性能试验。结果表明,准双曲面齿轮齿面中部研磨要严重一些,靠齿根稍重些,靠齿顶稍轻些,这与传动误差变化规律一致。研齿能一定程度上降低齿形、齿距误差,尤其对轮齿的实际啮合精度改善明显,振动噪声均有较大下降。     

渐开线齿轮运动误差模型

讨论了齿轮运动误差与模拟齿轮加工过程的关系 ;分析了齿坯几何偏心和变形对齿轮运动误差的影响 ;建立了左右齿廓形误差模型。通过将左右齿廓形误差展开成傅立叶级数的形式 ,论述了模型参数的概率分布规律 ,比较了Г分布、威布尔分布和瑞利分布 ,并计算出分布的特征数值。内齿加工试验与所得运动误差模型的结果一致 ,表明该模型可以模拟齿轮的生产和控制过程     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

螺旋锥齿轮磨齿机砂轮位置误差与齿轮齿面误差的关系

研究砂轮主轴偏心误差及垂直度误差对齿面误差的影响规律,目的是研究它们之间的定量关系.基于展成法加工大轮,由啮合原理建立无误差砂轮与有误差砂轮情况下的大轮齿面方程,通过理论齿面与误差齿面的差曲面得到实际齿面的法向误差.提出主轴偏心误差及垂直度误差的误差敏感方向概念和确定误差敏感方向的计算方法,得到误差敏感方向上砂轮位置度误差量与齿面误差的关联规律,以及发生砂轮位置度误差时齿面误差的分布规律.研究内容与方法有助于螺旋锥齿轮齿面误差溯源与齿面加工反调.