基于包络特征的非圆齿轮数字化设计与齿形优化研究

基于齿轮啮合原理和微分几何理论,获得插齿刀具与非圆齿轮齿坯的运动坐标转换关系,模拟了非圆齿轮齿廓获取的插齿加工过程;同时,针对非圆齿轮传动过程中的冲击振动和噪声问题,以插齿刀具修形为手段,以非圆齿轮齿廓修形为目的,得到了一种精确、高效、通用的非圆齿轮齿廓的修形设计方法;利用动力学仿真软件,对修形前后的非圆齿轮进行了运动学仿真。结果说明,修形后的非圆齿轮在传动过程中的冲击振动现象明显减弱,能够有效降低齿面磨损,较好地增加轮齿的使用寿命,验证了该修形方法的正确性。为非圆齿轮的实际应用与发展提供了重要的理论研究方法和设计依据。     

基于三坐标测量机的非圆齿轮误差测量

为了提高非圆齿轮的测量精度和效率,提出应用三坐标测量机进行测量的思想。从制造工艺上根据非圆齿轮有别于圆齿轮的特点,提出适用于非圆齿轮的误差项目。通过类比圆柱齿轮精度指标公差的计算方法,找到非圆齿轮精度指标公差的计算方法。选取合适的测头、对测量路径进行规划、采用三坐标测量机实现对非圆齿轮的逐齿扫描测量,以获得非圆齿轮的齿廓数据值。在此基础上,对数据值进行曲线拟合和计算,从而得出非圆齿轮的误差。     

椭圆齿轮传动系统非线性动态特性分析

为获得椭圆齿轮副工作时的振动规律,以实现其稳定、高效传动,在分析椭圆齿轮固有特性的基础上对椭圆齿轮非线性动力学特性进行了研究。以齿轮动力学理论为基础,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、粘弹性阻尼的椭圆齿轮非线性动力学模型,利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对椭圆齿轮传动系统非线性动力学方程进行求解,绘制了系统的位移响应,相轨迹以及Poincaré映射,得到激励频率、阻尼比、时变啮合刚度、以及内部激励4个控制参数对传动系统动态响应的影响。椭圆齿轮副动力学模型的建立、求解和参数影响分析可以为后续的动态设计、不同参数下的振动响应趋势预测以及降噪提供一定的理论依据。     

基于输出摆角分析的抽油机换向机构优化设计

针对一种无游梁式抽油机用椭圆齿轮行星轮系换向机构输出摆角小、不能满足长冲程需求的问题,分析了该机构输出摆角大小的影响因素,将结果以图形面积表现在一对非圆齿轮副的传动比曲线中。根据分析结果,构造了满足应用需求的非圆齿轮副传动比曲线,求解非圆齿轮的节曲线方程,建立该机构的三维模型并进行运动仿真,得到输出摆角和输出角速度幅值曲线。分析结果表明,与原来的椭圆齿轮行星轮系换向机构相比,该机构增大了输出轴的摆角,从而可以增大抽油机的冲程。     

基于中心距误差的非圆齿轮动态特性分析

非圆齿轮作为现代工业中最关键的基础件之一,其运动特性直接影响整个机构的运行状况。为了研究中心距误差对非圆齿轮动态啮合力影响,对不同阶数非圆齿轮在中心距误差条件下的动态啮合力进行仿真分析,获取不同中心距误差下非圆齿轮动态啮合力变化趋势。分析表明:随着设定的中心距误差不同,非圆齿轮动态啮合力不同,随着中心距的减小,啮合力波动幅值减小;随着中心距的增大,啮合力波动幅值增大;不同频率下非圆齿轮啮合力幅值变化不同。上述研究可为非圆齿轮传动性能改善、减振降噪提供参考。     

平行轴变齿厚齿轮接触应力解析计算

变齿厚齿轮作为一种新型齿轮,目前尚无成熟的接触应力理论和计算方法。为了从理论上计算变齿厚齿轮齿面上的最大接触应力,了解变齿厚齿轮在不同参数下接触应力的变化情况。文中在赫兹公式的基础上,考虑变齿厚齿轮的几何结构,确定了变齿厚齿轮重合度、曲率半径、法向载荷、接触线长、重合度系数和齿形角系数的计算方法。研究了不同节锥角、齿数、模数和压力角对变齿厚齿轮接触应力的影响,通过有限元分析验证了变齿厚齿轮接触应力理论计算公式的正确性。研究结果表明：推导出的变齿厚齿轮接触应力计算公式具有较高的精度,能够准确地反映齿面的真实接触应力值,为变齿厚齿轮的结构设计、强度校核等提供了一定的依据。     

基于关节臂扫描仪的非圆齿轮齿距误差测量技术研究

针对非圆齿轮无统一节曲线,测量困难这一问题,提出了辅助测量模型即节圆体的概念。类比圆柱齿轮测量方法与精度等级评定,使用测量软件结合节圆体对非圆齿轮齿距误差、齿距累积误差等进行测量。以三阶椭圆齿轮为研究对象,建立理论三维模型,通过关节臂扫描仪对非圆齿轮进行数据采集与处理,获取三维点云实际模型。根据非圆齿轮的特征进行理论三维模型与实际三维点云数据的对齐处理,将坐标系统一为全局坐标系。用关节臂扫描仪中的分析软件Geomagic Qualify进行数据测量,求解齿距误差值。测量结果表明:该测量方法有效、可行,为非圆齿轮的检测与评定提供了一种参考。     

非圆齿轮三维齿面误差测量技术研究

为了提高非圆齿轮的测量精度,提出了一种非圆齿轮齿面的三维测量方法。根据非圆齿轮啮合原理,建立非圆齿轮的齿面模型,完成了非圆齿轮的三维实体建模。为了比较真实地反映齿面的几何形状信息,提出了一种利用截交线对齿面进行等弧长采样的方法,对非圆齿轮齿面进行网格化划分。以椭圆齿轮为例,通过Einscan-SP扫描仪得到非圆齿轮的三维实体模型,利用Geomagic Qualify软件进行体模型与理论模型的对齐,并对对齐的齿面进行网格化划分得到非圆齿轮齿面的三维误差值。此方法消除了二维定位误差对测量精度的影响,提高了非圆齿轮的测量精度。     

基于分形理论的变齿厚齿轮接触应力分析

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算变齿厚齿轮的接触强度,并与有限元计算结果进行比较,验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系,并对4个基本参数进行仿真,分析分形接触模型的效果。结果表明,通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图,验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论,对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析,验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性,该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。