弧齿锥齿轮的高重合度设计

针对航空和汽车弧齿锥齿轮对强度、动态性能和可靠性的特殊要求，提出了高重合度弧齿锥齿轮的设计方法。这种设计是通过增加工作齿高和调整齿面啮合路径方向以及优化加工参数实现的。结合弧齿锥齿轮的实际工况，提出了在不同载荷和安装误差下，实际重合度的综合分析方法，达到了既提高重合度又控制齿面啮合质量的目的。     

基于有限元法的双圆弧弧齿锥齿轮章动传动接触特性分析

接触特性是表征齿轮传动性能的重要指标。为明晰双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的接触特性,利用有限元法对其进行加载接触分析。首先,基于啮合原理推导双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程并生成齿轮副的三维模型;其次,利用Ansys Workbench建立齿轮副有限元模型,分析了双圆弧锥齿轮副的齿面啮合状态;最后,分析负载与安装误差对齿轮副传动性能的影响规律。结果表明：双圆弧弧齿锥齿轮存在分别位于凹、凸齿面上的双点接触状态,且锥齿轮靠近小端部位为应力危险点;增大负载有利于提高齿轮啮合的重合度,降低齿间载荷分配系数,一定程度上可提高齿轮传动的平稳性;安装误差对齿轮副齿面接触状态有较大影响,负向偏置误差与正向章动角误差不利于齿轮承载与传动稳定,在实际应用中应合理调控。     

双圆弧弧齿锥齿轮重合度研究

重合度是影响弧齿锥齿轮传动啮合性能的主要因素。双圆弧弧齿锥齿轮的端面重合度为零,其连续传动由纵向重合度保证。根据弧齿锥齿轮重合度的定义,提出了双圆弧齿廓弧齿锥齿轮重合度的定义,并采用线图法对其啮合过程进行了分析;建立了双圆弧齿廓弧齿锥齿轮重合度、多点啮合系数和多齿对接触系数等计算方法,给出了双圆弧弧齿锥齿轮连续传动的条件。应用提出的方法对试验齿轮的重合度进行了理论计算,计算结果与TCA分析结果相同,验证了所提出方法的正确性。     

点蚀对弧齿锥齿轮传动误差影响的研究

点蚀作为弧齿锥齿轮的主要失效方式,研究其对弧齿锥齿轮传动性能的影响对齿轮故障诊断具有重要意义。根据弧齿锥齿轮传动误差的定义,运用Abaqus软件分别分析了不同位置、不同载荷下点蚀对弧齿锥齿轮传动误差的影响。研究发现载荷越大,点蚀对传动误差的影响范围越大,无点蚀齿面和有点蚀齿面的传动误差绝对值增大;当点蚀位置啮合至节平面附近时,传动误差值与理想齿面的传动误差差值达到最大;点蚀位置越靠近小端,其对传动误差的影响越小。     

点蚀对弧齿锥齿轮传动误差影响的研究

点蚀作为弧齿锥齿轮的主要失效方式,研究其对弧齿锥齿轮传动性能的影响对齿轮故障诊断具有重要意义。根据弧齿锥齿轮传动误差的定义,运用Abaqus软件分别分析了不同位置、不同载荷下点蚀对弧齿锥齿轮传动误差的影响。研究发现载荷越大,点蚀对传动误差的影响范围越大,无点蚀齿面和有点蚀齿面的传动误差绝对值增大;当点蚀位置啮合至节平面附近时,传动误差值与理想齿面的传动误差差值达到最大;点蚀位置越靠近小端,其对传动误差的影响越小。     

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。     

高速重载弧齿锥齿轮齿面多目标优化设计

以提高弧齿锥齿轮强度性能和减振降噪为出发点,基于TCA(Tooth contact analysis)、LTCA(Load tooth contact analysis)及局部综合法建立高重合度与低啮合转换处传动误差幅值的齿面多目标优化设计模型;利用带精英策略非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）优化3个齿面2阶接触参数,根据目标函数重要程度从Pareto最优解集中选择最终优化解。结果表明：给定工况下,优化后的2阶参数使得弧齿锥齿轮副重合度增加了16.69%,啮合转换处传动误差幅值降低了87.33%;同时承载传动误差均值、齿面接触应力均值与大小轮齿根弯曲应力均值分别降低了11.82%、0.25%、12.32%和13.61%,改善了齿轮副的强度性能和啮合性能,实现了减振降噪的效果。     

弧齿锥齿轮大重合度设计及啮合性能对比

为了改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出了一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计新方法.预置弧齿锥齿轮副的设计重合度和传动误差幅值及对称性,通过迭代优化局部综合参数,获得内对角和沿齿长的大重合度齿面印痕.借助齿面接触分析和轮齿承载接触分析,进行了两种大重合度设计在轮齿强度和承载传动误差上的比较.算例表明,接触路径沿齿长方向的大重...     

基于啮合特性的弧齿锥齿轮动力学研究

为了改善弧齿锥齿轮的振动特性,通过轮齿承载接触分析计算时变啮合刚度激励;再根据轮齿接触分析、载荷分配系数和啮合冲击模型近似计算出啮入冲击激励。应用集中质量法建立弧齿锥齿轮弯-扭-轴耦合的8自由度动力学模型。推导其运动微分方程,并进行了消除刚体位移和量纲归一化处理。采用变步长四阶龙格-库塔法(Runge-Kutta)求解,从而得到系统的振动响应。分析了传动误差幅值和重合度对齿轮副振动的影响。结果表明,传动误差的增大,振动也随之增大,增大设计重合度,能够减小振动。     

基于Abaqus弧齿锥齿轮动态特性研究方法

以CATIA二次开发建立的弧齿锥齿轮三维模型为研究对象,利用Abaqus软件对弧齿锥齿轮进行仿真分析,仿真了在不同载荷下弧齿锥齿轮的动态性能,进行了接触分析,提取了传动误差曲线。结果表明,随着载荷的增大,齿轮的传动误差波动幅值随之减小,但偏离零线的幅度随之增大,表明弧齿锥齿轮在载荷增大的情况下传动更加平稳,传动精度随之降低。     

Pinion tooth surface generation strategy of spiral bevel gears

Aviation spiral bevel gears are often generated by spiral generated modified(SGM) roll method.In this style,pinion tooth surface modified generation strategy has an important influence on the meshing and contact performances.For the optimal contact pattern and transmission error function,local synthesis is applied to obtain the machine-tool settings of pinion.For digitized machine,four tooth surface generation styles of pinion are proposed.For every style,tooth contact analysis(TCA) is applied to obtain contact pattern and transmission error function.For the difference between TCA transmission error function and design objective curve,the degree of symmetry and agreement are defined and the corresponding sub-objective functions are established.Linear weighted combination method is applied to get an equivalent objective function to evaluate the shape of transmission error function.The computer programs for the process above are developed to analyze the meshing performances of the four pinion tooth surface generation styles for a pair of aviation spiral bevel gears with 38/43 teeth numbers.The four analytical results are compared with each other and show that the incomplete modified roll is optimal for this gear pair.This study is an expansion to generation strategy of spiral bevel gears,and offers new alternatives to computer numerical control(CNC) manufacture of spiral bevel gears.     

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。     

准双曲面齿轮齿面接触应力过程计算

针对准双曲面齿轮疲劳破坏中出现几率最高的齿面接触疲劳强度问题,在齿面接触分析（TCA）和承载接触分析（LTCA）的基础上,采用弹性力学中2个空间曲面弹性接触计算方法,计算了齿轮副在整个啮合过程中齿面最大接触应力的变化过程,指出了最大接触应力所在的齿面位置,这一点与现有的强度计算方法不同,为实际工程中准双曲面齿轮的接触强度设计与校核提供了更为准确的方法。     

弧齿锥齿轮啮合稳定性的虚拟支承法动力学模型

提出一种在转子上设置虚拟支承的方法 ,以保证弧齿锥齿轮的啮合稳定性 ,并采用传递矩阵法 ,建立了弧齿锥齿轮 -转子系统的振动模型。给定的一对弧齿锥齿轮在工作过程中的啮合状态包括实际参与啮合的轮齿对数 ,每对轮齿分担的载荷和啮合点的位置 ,其中啮合点的位置应限制在一定的范围内而不应出现边缘接触 ,此即轮齿啮合的稳定性。由于实际工况的复杂性 ,通过改变虚拟支承的数量和位置 ,以使弧齿锥齿轮的啮合稳定性得以保证     

螺旋锥齿轮参数化精确建模

以齿轮啮合原理为基础,阐述了球面渐开线螺旋锥齿轮齿廓的形成机理,建立了螺旋锥齿轮齿面点坐标参数方程,构建了格里森制螺旋锥齿轮数学模型.利用基于Pro/E参数化建模方法,创建了螺旋锥齿轮单齿齿形,用阵列操作,建立了完整的螺旋锥齿轮三维实体造型,并通过运动仿真验证了该建模的精确性,为螺旋锥齿轮设计与制造研究提供了一种参数化设计方法.     

Head-cutter for optimal tooth modifications in spiral bevel gears

A method for the determination of optimal tooth modifications in spiral bevel gears based on improved load distribution and reduced maximum tooth contact pressure and transmission errors is presented. The modifications are introduced into the pinion tooth-surface by using a head-cutter with bicircular profile and with optimal diameter. In the optimization of tool parameters the influence of relative position errors of the mating gears is included.By using the computer program developed for load distribution calculation, the influence of head-cutter parameters and relative position errors of the mating gears on tooth contact and transmission errors is investigated. Based on the results obtained, the radii and the position of the circular tool profile arcs and the cutter diameter for pinion teeth finishing were optimized. By applying the optimal tool parameters, the maximum tooth contact pressure is reduced by 45% and the maximum angular position error of the driven gear by 60%, in regard to the spiral bevel gear pair with a pinion manufactured by a cutter of straight-sided profile and of diameter determined by the commonly used methods.     

重载弧齿锥齿轮承载特性分析

基于啮合原理和SGM切齿计算方法获取了真实的弧齿锥齿轮齿面点数据,建立了精确的几何模型。采用加载接触分析的方法,建立了重载弧齿锥齿轮的承载特性有限元分析模型。以工况参数和安装误差为变量,研究了弧齿锥齿轮受载情况下的接触区、齿间载荷分配和强度等承载特性。为研究有安装误差和重载工况下的弧齿锥齿轮承载特性提供了一种有效的分析手段。     

加载螺旋锥齿轮接触轨迹变化规律的研究

螺旋锥齿轮的接触轨迹直接反映传动质量,基于加载接触有限元分析原理,给出螺旋锥齿轮有限元加载接触分析模型的构建方法,取一对三齿螺旋锥齿轮模型,研究在轻载和重载情况下轮齿的接触力变化情况,得到载荷对接触轨迹及传动误差的影响规律,为高质量弧齿锥齿轮传动提供了一种设计方法与手段。     

The meshing angular velocity and tangential contact force simulation for logarithmic spiral bevel gear based on Hertz elastic contact theory

To obtain the change tendency of output angular velocity and tangential contact force of a gear when the pinion under the step input during meshing of a new type of spiral bevel gear, which is a logarithmic spiral bevel gear, the tooth flank equation of logarithmic spiral bevel gear is deduced based on the formation mechanism of the tooth flank formation. A three-dimensional model of a pair of logarithmic spiral bevel gears whose number of teeth was 37:9, with modules being 4.5 mm, normal pressure angle being 20 degrees and spiral angle being 35 degrees were built and assembled. Based on Hertz elastic contact theory, the calculation formulas and parameters sets of contact force for conventional spiral bevel gear meshing simulation and logarithmic spiral bevel gear meshing simulation were done. Consider the dynamic simulation about meshing angular velocity and tangential contact force for conventional spiral bevel gear meshing and logarithmic spiral bevel gear meshing, respectively. Finally, by analyzing and comparing the simulation data, the results show that under the same input conditions, the fluctuation of the gear angular velocity and tangential contact force of logarithmic spiral bevel gear meshing are smaller than the conventional spiral bevel gear. That is, the transmission stationary of logarithmic spiral bevel gear meshing is superior to conventional spiral bevel gear.     

具有最佳加载接触性能的弧齿锥齿轮主动设计研究

基于局部综合理论的弧齿锥齿轮齿面接触分析(TCA )和接触性能预控技术可保证弧齿锥齿轮在无载时具有较理想的接触区域和传动误差 ,但无法保证其加载接触性能。本文在柔性多体运动学基础上 ,建立了两弹性共轭齿面运动基本方程。将啮合点弹性变形分解为支承变形、轮体变形和接触变形 ,获得了变形前后齿面几何量的变化规律以及两弹性点共轭齿面间的接触条件。提出了一种在初始设计阶段就可保证弧齿锥齿轮具有预期加载接触性能的主动设计方法 ,并将其用于某航空发动机中央传动弧齿锥齿轮的齿面综合