内啮合曲线构型齿轮传动基本原理及接触分析

在齿轮传动共轭曲线理论研究的基础上,以内啮合曲线构型齿轮传动为对象,推导了沿给定接触角方向的空间共轭曲线副啮合方程,建立内啮合条件下空间共轭曲线副表达式,根据空间等距包络方法构建继承内啮合共轭曲线副特性的啮合齿面,通过改变成型曲面的相对运动位置及等距半径,提出凸齿廓-凸齿廓、凸齿廓-平面和凸齿廓-凹齿廓3种接触型式;以空间圆柱螺旋曲线为例,结合理论分析结果及主要设计参数,建立凸齿廓-凹齿廓内啮合曲线构型齿轮副三维实体模型;定义齿面接触点压力角,给出基于空间共轭曲线的齿面滑动率计算算法,完成内啮合齿面接触迹线计算及分析,后续将对齿面啮合性能、接触力学特性及制造方法进行研究。     

共轭曲线齿轮齿面的构建

在共轭曲线原理的基础上,提出以适当半径的球面沿曲线的指定等距线包络出啮合管的等距包络法,建立共轭曲线齿轮管状齿面的构建理论。推导一对共轭曲线的等距线方程、啮合管方程等,通过截取含有曲线部分的啮合管构建齿轮的啮合齿面,得到具有曲线接触特性的管状齿面;根据啮合管等距距离和等距方向的不同,构建三种不同接触形式的管状齿面:凸凸接触、凸平接触和凸凹接触,其中凸凹接触形式的管状齿面在接触点处的相对曲率半径最大,赫兹接触应力最小。以常用的圆柱螺旋线为例,介绍共轭曲线齿轮齿面构建理论的应用,求解该曲线及其共轭曲线的等距线方程和啮合管方程,并根据运算结果建立精确的共轭曲线齿轮实体模型。     

线面对构齿轮啮合原理

根据曲线和曲面两种几何元素的接触特点,提出了线面对构齿轮啮合原理。定义了线面接触与线面啮合的概念,给出了线面啮合运动三要素;建立了线面啮合基本理论,得到与已知曲面相啮合的共轭曲线方程的通用表达式;通过在曲线每一点处的法平面上建立截面齿廓,进而构建连续曲面。以平行轴内啮合渐开线齿轮为例,通过在渐开线内齿轮齿面上选取接触曲线,构建新的线面啮合齿轮副,分析了线面啮合齿轮啮合过程的一般规律。研究结果表明,根据线面啮合原理,通过选取合适的几何参数,可以构建出一对正确啮合的点接触齿轮。该原理为齿轮齿面构建提供了新方法。     

一种无侧隙的锥形线齿轮齿面构建方法

基于空间曲线啮合原理,研究一种无侧隙的锥形线齿轮机构。以圆锥螺旋线作主动齿轮接触线,根据共轭曲线啮合理论,求解与之共轭的从动接触线。建立通过接触点且垂直于主动轮角速度方向的凹凸接触的无侧隙圆截面,并根据截面参数求解主、从动轮的中心线方程。以圆截面沿着中心线扫描构建无侧隙的凹凸接触齿面。共轭的接触线存在于所构建的空间曲面上,并根据截面圆半径和端面圆锥周长讨论极限齿数存在的情况。根据齿面方程建立三维模型并进行运动学仿真实验。实验结果表明,通过该方法构建的锥形线齿轮机构能够以设计的传动比实现平稳传动过程。在线齿轮啮合方程的基础上,提出一种新型锥形线齿轮齿面构建方法,为正交轴齿轮传动提供了新的解决方案。     

线面共轭啮合原理及齿面构建方法

定义曲线与曲面共轭啮合的概念,即给定运动的两构件上的一条光滑曲线和一个光滑曲面始终保持连续相切接触,并给出由共轭啮合副齿面形成曲线与曲面共轭啮合的一般方法,在共轭啮合副的一个齿面上构建啮合管齿面与另一齿面相啮和;提出以适当半径的球体沿啮合曲线的指定等距线包络出管状曲面的齿面构建新方法,推导啮合管齿面方程、接触曲线方程等,给出啮合曲线选取的条件以及啮合管齿面半径的选取范围,从而建立以啮合曲线为脊线构建管状共轭齿面的理论;以摆线针轮行星传动为例,构建针齿螺旋管齿面,讨论线面共轭摆线针轮行星传动的特性;分析表明,线面共轭具有点接触特性,通过构建合适的线面共轭啮合副,可获得近似纯滚动啮合,齿面滑动率小,传动效率高。     

点接触渐开线少齿差行星传动齿面构建

根据齿轮啮合原理运动学法,提出在渐开线少齿差行星传动共轭啮合副行星轮外齿轮齿面选定上选定一条光滑曲线Γ,以该曲线的等距曲线作为球心运动轨迹形成管状球族包络面。提出用管状球族包络面代替行星轮外齿轮渐开线齿面,得到新的啮合副,并给出啮合副的统一方程式;详细讨论了由管状包络面形成行星轮新齿廓的方法,该新齿廓称为啮合管齿廓。给出了与曲线Γ相共轭的接触线统一方程,讨论了点接触渐开线少齿差行星传动的啮合特性;啮合管与渐开线内齿轮构成点接触啮合副,点接触啮合副具有滑动率低,传动效率高等特点。     

点接触弧齿锥齿轮齿面成型与分析

基于空间曲线共轭理论提出新型点接触弧齿锥齿轮齿面成型基本原理。通过给定空间圆锥螺旋曲线表达式,推导了沿指定接触方向的曲线啮合方程,进行了空间曲线啮合的数学描述,提出了轮齿齿面成型的等距包络设计方法,并基于数值实例建立了三维实体模型,运用ANSYS软件初步开展了齿面力学性能分析。研究表明,该新型齿轮传动符合理论设计,具有良好的传动性能。新型点接触弧齿锥齿轮预期具有高承载能力、高传动效率等特点,在汽车差速器等机构中有重要的应用前景。     

一种新型非圆锥齿轮副的传动原理及其齿面求解

非圆锥齿轮副是一种典型的用于相交轴或交错轴间运动传递的齿轮机构。根据滚子凸轮副与非圆锥齿轮副的传动原理及特点,提出一种可同时实现相交轴间的旋转运动和输出端轴向移动的新型非圆锥齿轮副——正交复合运动锥齿轮副;运用齿轮啮合原理及共轭曲面理论,建立正交复合运动锥齿副轮传动坐标系,结合标准球面渐开线圆锥齿轮齿面模型,推导该齿轮副共轭齿面方程;分析基于特定节曲线的正交复合运动锥齿轮副位移及传动比影响因子及其变化规律;采用范成加工方法,运用SolidWorks设计软件,获得瞬时接触微平面并完成齿廓设计,实现正交复合运动锥齿轮副的精确齿面、实体模型的建立及运动分析。     

双向圆弧齿轮的理论研究

本文运用共轭曲面原理对双向圆弧齿轮与其基本齿条之间的共轭运动进行了理论探讨，推导出了啮合函数、瞬时接触线、齿面法矢和相对运动速度等计算公式，建立了齿面的通用方程式，同时在ＡＤ０１１０计算机上绘制出了齿面的形状。     

双向圆弧齿化的理论研究

本文运用共轭曲面原理对双向圆弧齿轮与其基本齿条之间的共轭运行进行了理论探讨，推导出了啮合函数，瞬时接触线，齿面法矢和相对运动速度等计算公式，建立了齿面的通用方程式，同时在ＡＤ０１１０计算机上绘制出了齿面的形状。     

三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动强度分析

以三峡升船机船厢驱动系统齿轮齿条传动为研究对象,基于共轭啮合理论推导修形齿轮齿廓方程,建立齿轮齿条传动三维接触有限元分析模型,通过罚函数法建立动力接触系统有限元方程,仿真计算齿轮齿条传动的综合位移、等效应力及齿面接触应力。建立含齿廓修形和轴线偏差的齿轮齿条接触有限元模型,分析了轮齿修形与轴线偏差对齿轮齿条传动啮合性能的影响,为三峡升船机的可靠运行提供依据。     

齿面磨损对齿轮啮合刚度影响的计算与分析

不考虑润滑剂影响,针对理想渐开线直齿圆柱齿轮,研究存在齿面磨损时齿轮啮合刚度的计算方法。基于齿轮共轭啮合原理计算滚齿加工条件下的齿廓曲线。根据Timoshinko梁理论,考虑轮齿弯曲变形、剪切变形、压缩变形、齿轮基体变形和赫兹接触变形,计算齿轮啮合刚度。针对运行过程中的齿面磨损,提出轮齿等弧长离散方法,分析齿面磨损对离散微元短梁的截面面积、截面面积矩和实际接触齿宽的影响,计算分析存在均匀磨损、微点蚀和宏观点蚀等齿面磨损时的齿轮啮合刚度。结果表明,100μm深的均匀磨损导致的啮合刚度变化不到2‰;齿面产生15%的微点蚀时,啮合刚度变化在10%以内,啮合刚度对早期齿面磨损不敏感。本研究为计及齿面磨损的齿轮动力学建模提供了一条技术路径。     

圆弧齿线圆柱齿轮啮合理论的研究

推导了新型齿轮──圆弧齿线圆柱齿轮的刀具齿面方程，接触线方程，共轭齿面及端面截形的方程，啮合面、啮合线方程，齿轮齿面与同心圆柱面的交线方程。求出了其齿面上的根切界限曲线和啮合界限曲线，并导出了其诱导法曲率的计算公式。     

渐开线弧齿圆柱齿轮及其啮合特性

阐明了渐开线弧齿圆柱齿轮的主要几何参数，利用微分几何理论推导出渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面方程、共轭齿面方程以及齿轮副的啮合线、齿面接触线表达式，并通过计算机编程对弧齿圆柱齿轮的齿面、共轭齿面、啮合线及齿面接触线实现图形绘制，直观地揭示了弧齿圆柱齿轮在传动过程中的啮合特性。渐开线弧齿圆柱齿轮具有较长的齿面接触线和较大的啮合重合度，齿轮副啮合平稳性好。     

一类具有啮合可分性的平面共轭齿廓曲线

研究了一般性平面共轭齿廓的啮合条件,提出了节点存在条件这一啮合必要后悔后果显而易见的接触条件,相对条件和Ｇａｍｕｓ条件相比,节点存在条件在物理要求上极易被忽略。因而啮合条件是残缺不全的。长期以来,由于缺少节点存在条件,所以也就一直未能得到一般性的平面共轭齿廓曲线。这里建立了完整的啮合条件的数学描述,由此志出了一般性的平面共轭齿廓曲线。     

摆线针轮传动啮合力计算及有限元分析

计算了修形前后摆线齿轮与针齿的啮合作用力,通过初始间隙的分布曲线判定了修形摆线齿轮与针齿的同时啮合齿数。建立了摆线齿轮及针齿的参数化模型,并导入到ANSYS软件当中,建立了以"接触单元密分和非接触单元粗分"为原则的有限元模型,分别对标准齿形摆线齿轮及修形摆线齿轮的啮合作用力进行了有限元接触应力分析,得到了考虑摩擦因数的最大啮合作用力,并与通过理论公式计算出的最大啮合作用力进行对比分析。研究结果可为工程上摆线针轮传动的受力分析提供理论依据和技术支持。     

高重合度摆线内齿轮副齿面接触强度研究

合理的齿轮强度计算是实现齿轮结构设计及优化、保证留有适当裕量的基础。高重合度摆线内齿轮副同时参与啮合的轮齿对数较多,齿根弯曲应力很小,所以只需考虑齿面接触强度问题。基于改进能量法和赫兹弹性理论,推导了理想条件下该齿轮副的时变啮合刚度、齿间载荷分配和齿面接触强度计算模型。鉴于共轭齿廓节点处曲率半径为零,研究了节点附近不参与啮合的齿廓修形区域优化问题,在此基础上,通过将齿轮加工中产生的各种误差及侧隙转化为理论齿廓公法线上的偏移量,分析了不同加工误差对承载特性的影响程度,并在ABAQUS中进行了加载接触有限元分析验证。结果表明,该齿轮副对加工误差（侧隙）非常敏感,即对精度要求很高,为齿面接触强度计算和误差控制提供了技术支持。     

弹性支承条件下中央弧齿锥齿轮传动的接触稳定性研究

为了提高弹性支承条件下中央弧齿锥齿轮的工作可靠性，首先应保证其接触的稳定性。本文针对某航空发动机转子，计算了在转子不平衡量和齿轮啮合力同时作用下，弧齿锥齿轮支承处的变形大小；依据支承变形对齿轮接触特性的影响机理，将变形转化为齿轮安装调整值ΔＨ、ΔＪ和ΔＶ；利用空间啮合理论，建立了弧齿锥齿轮传动的接触稳定性条件以及接触特性分析方法。分析计算了不同转速和不同功率下弧齿锥齿轮的齿面接触印痕和传动曲线，研究了转子共振时齿轮接触的失稳现象，获得了提高弹性支承条件下中央弧齿锥齿轧传动的接触稳定性的措施。     

齿轮齿廓变形规律、传动误差和接触印痕的分析方法研究

通过渐开线齿轮的LTCA分析,获得轮齿的受载变形/刚度变化曲线;采用切片法研究了齿宽方向鼓形修形与齿轮错位对啮合刚度的影响,提出了齿廓啮合变形曲线的便捷分析计算方法,进而获得了包括齿廓修形、齿宽修形在内的齿轮传动误差曲线和接触印痕图,这对齿轮传动误差和接触状态分析和修形优化有着明确的指导作用;并通过Romax商业软件对该方法进行了验证。     

齿面的高阶接触理论

本文根据互相啮合的一对齿廓高阶接触要求确定媒介齿条产形轮齿廓所应满足的条件,使互相啮合的共轭齿廓达到4阶接触.并研究了这种媒介齿条齿廓齿形曲线的构造方法.具有较高的学术价值和理论水平.