齿轮线激光三维测量仪的研制

快速获取齿轮全部齿面的三维误差信息,是表征复杂齿面质量的关键和前提。本文基于激光三角测量原理,建立了齿轮线激光三维测量模型,研制出齿轮线激光三维测量仪,可用于生产现场快速获取被测齿轮的三维齿面误差信息并进行质量评定。仪器采用立式结构,主要由基座、精密主轴、圆光栅传感器、控制系统、软件系统等部分组成。精密主轴采用密珠轴系实现高精度回转,保证了被测齿轮的高精度定位与回转。在精密主轴周向布置两个高精度线激光传感器,并根据被测齿轮参数调整其位姿状态;圆光栅实时获取精密主轴的回转角度,并触发采集器实时采集并记录被测齿轮左右齿面的几何信息。开发了齿轮线激光三维测量与评价软件,可实现齿轮齿廓偏差、齿距偏差、拓扑偏差等项目的测量与评定,能够满足5级精度齿轮的检测要求。

论齿轮样板

齿轮样板是齿轮参数量值的标准实物载体,用于将齿轮国家测量标准所复现的量值传递到各级齿轮测量仪器上,从而实现齿轮测量的准确性和一致性,保证齿轮产品质量。全面概述了齿轮样板起源及其发展历程;详细论述了齿轮样板的种类、结构及特点、齿轮样板的测量技术及装置、齿轮样板的国际比对、未来的发展与展望。齿轮样板迄今已历经九十多年发展,其种类在不断丰富、尺度不断延伸、复杂度不断简化,作为一种“有形”的实物量具,目前仍不可替代。未来随着“无形”的虚拟仿真测量技术发展,对“有形”实物样板的依赖将可以减弱,“无形”的技术将可能成为量值传递的新模式。

全齿轮耦合机器人齿侧间隙建模与公差仿真

鉴于全齿轮耦合机器人齿轮传动链长、反转频率高的特点,分析机器人的结构和传动原理.为了减小侧隙对机器人传动精度的影响,提出齿侧间隙理论建模及三维公差仿真分析方法.针对驱动端的圆柱齿轮机构,对齿侧间隙进行理论建模和公差仿真分析,两者相吻合.针对关节处的圆锥齿轮机构,提出将圆锥齿轮副等效为假想圆柱齿轮副的侧隙建模方法,与公差仿真分析结果吻合.以机器人肩关节偏摆传动链为分析对象计算机器人末端误差,为了降低齿侧间隙及其导致的传动链回程误差,提出圆锥齿轮加垫的计算方法和电机转角补偿方法,通过实验验证该补偿方法的有效性.

高阶变性Pascal蜗线齿轮生成机制分析

为满足多样性变速传动的设计要求,文章在研究Pascal蜗线非圆节曲线的基础上,通过引入高阶和变性原理,建立了高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮节曲线数学模型及其凹凸性判别公式。为分析高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮传动特性,利用MATLAB编写可视化设计分析平台,对影响高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮形状和传动特性的因素进行分析,为后续高阶变性Pascal蜗线型非圆齿轮的设计及应用提供了便捷的设计参考;将Pascal蜗线非圆齿轮驱动的曲柄滑块式压力机与对心曲柄滑块式压力机进行对比分析,验证了Pascal蜗线型非圆齿轮的优势和在实际应用中的可行性。

减少重型卡车单级与双级齿轮摩擦的效果分析

为进一步提升重卡变速箱齿轮的润滑效果,基于CFD构建了数值模拟仿真模型,并完成了齿轮及润滑油的参数设置。仿真分析了齿轮转速和齿轮箱体倾角对齿轮润滑效果的影响,指导变速器的应用和设计。分别对比了单级齿轮和双级齿轮的传动特性,为今后变速器齿轮结构的改进提供支撑。

考虑制造误差和油膜作用力的齿轮敲击动力学分析

为准确评估变速器空套齿轮受角加速度激励的敲击表现,采用集中参数法建立了模拟变速器敲击台架试验的10自由度扭转动力学模型;在包含时变啮合刚度、间隙非线性和拖曳力矩的基础上,进一步考虑齿轮制造误差和润滑油膜作用力。敲击台架试验结果表明包含楔入和挤压效应的润滑油膜作用力模型能正确反映变速器的敲击响应;数值分析结果表明润滑油膜可以减少制造误差位移激励和时变啮合刚度参数激励产生的齿面敲击,敲击强度随制造误差幅值的增加呈凹函数变化,当制造误差的幅值增加到某一数值时,齿轮副在无角加速度激励时亦产生敲击现象。润滑油温度对敲击的影响与角加速度激励有关:无角加速度激励时,低温时较低幅值的齿轮低频圆周误差通过改变油膜作用力方向产生敲击;油膜作用力产生的敲击响应频率比齿面接触的敲击响应频率更低;当存在角加速度激励时,敲击强度随温度的升高呈凸函数增加。

斜齿轮啮合弯矩对风电齿轮箱行星轮滑动轴承瞬态润滑性能影响分析

风电齿轮箱行星轮滑动轴承常被设计为以行星轮内孔和销轴分别作为轴套和轴颈,然而斜齿轮啮合弯矩容易使行星轮与销轴之间产生轴线不对中,导致边缘接触风险高,影响运行寿命。以6 MW级传动链齿轮箱行星轮滑动轴承为研究对象,考虑滑动轴承径向载荷、弯矩以及转速的动态影响,建立了行星轮滑动轴承瞬态摩擦-动力学耦合模型,并以风电机组传动链SIMPACK动力学模型提取的行星轮动态啮合力与时变转速作为行星轮滑动轴承的载荷与运动边界输入,分析了斜齿轮啮合弯矩、输入扭矩和滑动轴承半径间隙对行星轮滑动轴承润滑性能的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明,行星轮动态啮合力及其产生的啮合弯矩会造成行星轮轴心位置与偏斜角产生动态循环变化,并且随着载荷的增加,行星轮滑动轴承油膜/固体接触压力与不对中弯矩会逐渐增大;减小行星轮滑动轴承半径间隙可以有效提高其瞬态润滑性能。

安装误差对双圆弧齿轮啮合特性影响分析

为深入研究安装误差对双圆弧齿轮副啮合特性的影响,基于有限元法建立齿轮加载分析模型,研究啮合过程中单齿凸、凹齿廓的接触性能,对比分析安装误差对接触性能以及传动误差的影响规律。结果表明:啮合周期内,双圆弧齿轮的凹齿廓先接触且承担较大的法向接触力,但凸齿廓的啮入端接触应力最大,凸、凹齿面接触压力差与转矩成正比;安装误差对齿面接触性能影响较大,其中中心距误差容易引起齿轮分阶处应力集中,轴线平面的安装误差会引起齿面接触偏载,且对安装误差影响最大。

非对称齿轮啮合刚度精确求解及齿廓参数分析

非对称齿轮是一种轮齿两侧采用不同压力角的新型渐开线齿轮,其齿廓参数对齿轮齿廓形状、运动特性、承载能力、传动效率和动力学特性等有至关重要的影响。基于齿轮啮合原理,运用李特文矢量法,根据加工刀具齿廓参数方程推导了非对称齿轮全齿廓方程;应用材料力学理论,建立非对称齿轮时变啮合刚度的数值求解模型,并通过有限元方法验证了该模型的有效性。基于所建立数值分析模型进行算例研究,总结了刀具圆角、压力角和变位系数对齿轮啮合刚度和重合度的影响规律。结果表明,随着轮齿工作侧压力角的增大,齿轮齿根厚度增加,单齿对的啮合刚度加大,齿轮的承载能力得到有效提高。加工工作侧轮齿齿廓刀具圆角的增大,也有利于提高齿轮的啮合刚度;同时,工作侧齿廓压力角的增大会使齿轮的齿顶厚度降低、啮合重合度减小,会导致齿轮的齿顶强度和冲击韧性降低。非对称齿轮齿廓设计时,应根据实际工况合理设置压力角参数。

内凹刀盘加工的直齿锥齿轮齿面接触分析

为了在国产数控弧齿锥齿轮机床上采用内凹刀盘加工直齿锥齿轮,对使用内凹刀盘加工直齿锥齿轮的原理和齿面接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)方法进行了研究。基于内凹刀盘的加工原理和结构特点,建立了内凹刀盘加工的直齿锥齿轮的齿面数学模型,给出了相应的齿面接触分析方法;编写齿面接触分析程序,计算得到了齿轮副的接触斑点和传动误差曲线;通过实际的切齿加工和接触斑点检验,验证了齿面数学模型以及TCA方法的正确性。研究为锥齿轮加工参数及刀具参数的确定与啮合质量控制提供了理论依据。

可实现连续分度加工的摆线圆柱齿轮研究

研究了一种可采用连续分度铣削法进行加工的摆线圆柱齿轮。与传统的圆柱齿轮不同,这种齿轮的轮齿沿其轴线方向呈摆线形。该齿轮具有承载能力大、传动平稳、无轴向力等特点;尤其是可采用连续铣削的加工方法,大大提高加工效率。摆线圆柱齿轮可采用圆盘铣刀加工,圆盘铣刀上装有可更换的刀片,同一模数的齿轮只需要一把盘铣刀,通过更换刀片可进行不同模数齿轮的加工。首先,基于齿轮啮合理论推导了摆线圆柱齿轮的数学模型,利用自行开发的计算软件生成离散齿面点,建立三维模型;然后,阐述了圆盘铣刀的几何设计和齿轮的加工原理;最后,从齿轮特性、加工效率和标准化生产3个方面说明了该齿轮的优势。研究为圆柱齿轮的设计和加工提供了新的思路和基础。

双圆弧斜齿齿轮泵转子加工刀轨规划及仿真

针对双圆弧斜齿齿轮泵转子加工方法中存在的加工效率和精度比较低等问题,提出了利用球头铣刀在数控铣床上加工双圆弧斜齿齿轮泵转子的方法。研究目标是:根据双圆弧斜齿齿轮泵转子方程,结合空间啮合原理,建立了双圆弧斜齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了双圆弧斜齿齿轮泵转子的齿面方程,模拟使用球头铣刀进行加工过程,计算出加工刀具中心在平面和空间轨迹,同时给出判定球头铣刀不发生干涉的最大半径的方法。利用VERICUT软件建立虚拟制造环境并进行铣齿仿真加工,验证了双圆弧斜齿齿轮泵转子齿面数控加工方法的正确性及其可行性。

非对称变位斜齿轮参数化建模和接触应力分析

为构建非对称渐开线变位斜齿轮精确模型并分析压力角对其接触应力的影响,根据齿轮啮合原理以及C#对SolidWorks二次开发,建立了从齿条刀具展成非对称渐开线变位斜齿轮的数学模型以及精确的实体模型;同时,采用有限元法分析其齿面接触应力,并与传统公式法计算的对称变位斜齿轮齿面接触应力进行了比较。研究表明,当一侧齿面压力角相同时,非对称变位斜齿轮一侧齿面接触应力与对称变位斜齿轮十分接近,接触应力随压力角变化的增减趋势基本一致,说明了非工作侧齿面压力角的变化对工作侧齿面接触应力的影响并不明显。因此,用来计算对称变位斜齿轮齿面接触应力的传统公式法同样可以近似计算非对称变位斜齿轮的齿面接触应力。该方法可为非对称渐开线变位斜齿轮的设计提供参考。

弱刚性齿轮传动测试台的研制与试验

为了对齿轮传动系统进行更加深入、细致的研究,根据弱刚性齿轮传动轴的振动特点,提出将高精度激光位移传感器用于传动轴的振动测量,研制了一台用于测试弱刚性齿轮传动系统的齿轮测试台,针对弱刚性齿轮传动开展了不同工况条件下振动测试研究。根据弱刚性齿轮传动临界转速较低的特性,对由齿轮和轴组成的转子进行模态分析,得到转子的固有频率,计算了可能引发转子共振的电动机转速;并通过恒载变速试验与恒速变载试验进行了验证。结果表明,该系统在电动机转速为219.69 r/min左右时会到达转子的共振频率;分析数据发现,轴的振动幅值在一定范围内对载荷的响应成线性关系而受转速的影响并不显著。最后,对测试台进行重复性试验,验证了该设备的可靠性与稳定性。

基于UG的拖拉机齿轮传动系统仿真研究

设计了一款拖拉机复合行星齿轮的动力系统,并基于UG仿真软件,建立了齿轮参数化模型,得到了齿轮的渐开线和齿廓线,最后建立了齿轮传动系统仿真模型。齿轮传动系统可靠性实验表明:系统齿轮运动符合预期,满足设计要求,证实了系统的可靠性。

面向螺旋锥齿轮的主动设计与加工方法研究

针对面铣螺旋锥齿轮的设计和制造,建立了基于自由曲面机床的加工方法的数学模型,在自由曲面机床上采用工件轴固定的方法完成螺旋锥齿轮铣削的主动设计和制造。以啮合性能参数为输入变量,建立了齿轮啮合的数学模型,并根据设计的接触属性对齿轮齿面进行了主动设计。除了传统方法控制的每个小齿轮侧面平均接触点的一阶和二阶参数外,该方法还可以同时保证小齿轮常用驱动侧面上的每个接触路径点,避免了工件轴运动精度差造成的误差和制造难度。最后,通过齿面接触分析(TCA)和滚动试验对该方法进行了有效验证。

少齿数齿轮的设计与分析

创新实践教育主要强调学生在学习过程中主动探索、动手实践、合作交流,从而培养学生的创新思维、团队协作、解决问题和批判性思考等能力,将课程思政的理念创新实践教学中,有助于落实立德树人的教育理念。以创新实践课程“少齿数齿轮的设计与分析”为研究对象,对少齿数齿轮副进行了优化设计、参数化建模及瞬态强度分析,阐述了如何融入课程思政元素,分析了教学效果,为卓越工程师视域下的工程训练课创新实践教育教学改革提供有益借鉴。

计入齿轮修形的时变啮合刚度计算模型研究

针对精密齿轮的综合修形,建立了考虑耦合修形的时变啮合刚度优化分析模型(IAM)。在实际修形参数设计的基础上,推导了齿向鼓形修形和齿廓修形的齿面方程,提出了两种综合修形方法,给出了标准直齿圆柱齿轮、齿向鼓形齿轮、齿廓修形齿轮和综合修形齿轮时变啮合刚度的计算方法。该模型不需要依赖有限元法来确定相关系数,将该模型与已有模型进行了比较,并用有限元法进行了验证。结果表明,该模型在齿向鼓形修形、齿廓修形和综合修形的计算中具有较高的精度和计算效率。

40Cr钢转动轴齿轮磨损原因

某40Cr钢转动轴在转动测试约35 h后,转动轴齿轮出现磨损现象。采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、金相检验、硬度测试等方法分析了齿轮磨损的原因。结果表明:该转动轴齿轮与齿轮轴套的热处理工艺控制不当,导致齿顶表层晶粒偏大;与该转动轴齿轮匹配的齿轮轴套硬度偏高,使转动轴齿轮发生变形以及齿顶表层材料缺失,缺失的材料形成磨粒磨损,最终导致该转动轴齿轮齿牙缓慢剥落。

齿轮啮合周期内摩擦载荷变化有限元仿真分析

为能更好地分析齿轮啮合周期中摩擦载荷变化,建立齿轮分析模型,研究齿轮间传动关系,区分齿轮输入端和输出端的阻力扭矩,搭建有限元分析模型。为保证模型的精确度,在前期预处理阶段针对齿轮不同位置的实际情况构建对应网格,区分不同位置的网格密度,根据齿轮的轮动比和角位移得出旋转自由度。在齿轮啮合过程中,搭建动力学分析模型,研究摩擦载荷的变化情况,考虑齿轮啮合频率,根据长度线条确定摩擦因数,利用摩擦函数明确齿轮间的最大接触应力和弯曲应力,完成摩擦载荷变化分析。经仿真验证可知,所研究方法能准确描述齿轮啮合周期内摩擦载荷的实时变化。