双重螺旋法准双曲面齿轮啮合性能研究

针对采用双重螺旋法(全工序法)加工的准双曲面齿轮副,运用数值分析的方法研究了安装误差、螺旋运动系数与啮合性能之间的作用规律。利用矢量法建立切齿加工数学模型,求得齿面方程并建立齿轮副装配数学模型,利用齿面接触分析(TCA)研究含多种安装误差的齿面接触特征;建立齿面失配数学模型,分析螺旋运动系数对齿面接触特征、几何形貌的影响规律,揭示双重螺旋法对轮齿工作面、非工作面不同的修形原理;结合刀具与齿坯之间的相对位置关系,阐述了展成线的求解过程,研究了螺旋运动系数对展成线位置的影响规律。对准双曲面齿轮副(7×43)进行磨齿和滚检实验,与数值分析结果进行对比验证了分析模型的正确性。

驱动桥摆线准双曲面齿轮啮合效率优化设计

基于齿轮摩擦加载接触分析(FLTCA)方法,提出了摆线准双曲面齿轮啮合效率优化设计方法。首先,通过预设空载传动误差峰峰值和接触区位置,实现了对摆线准双曲面齿轮正、反车齿面的修形设计。然后基于修形面设计,以行驶工况下齿轮啮合效率最大为优化目标,并综合考虑齿轮副加载传动误差峰峰值、双侧齿面满载接触印迹分布以及最大接触应力建立了优化分析模型。为了提高优化模型的求解速度,采用Kriging代理模型结合多岛遗传算法对优化模型进行了求解。最后,对某型号商用驱动桥摆线准双曲面齿轮副进行了实例设计和试验验证,通过空载接触印迹试验和整桥传动效率试验验证了所提优化方法的有效性。

延伸外摆线准双曲面齿轮啮合特性分析

为了研究延伸外摆线准双曲面齿轮的啮合特性,基于有限元仿真和试验,分析了齿面接触斑点、齿根弯曲应力、重合度和传动误差等啮合特性。结果表明,某一时刻齿面接触区域近似为椭圆形,齿轮啮合过程中,单个齿面上的椭圆形接触面积先增大后减小;大小齿轮齿根危险点均主要承受拉应力,小齿轮危险点先承受拉应力,再承受压应力,而大齿轮危险点则相反;齿轮重合度随载荷的增加而逐渐增大;齿轮传动误差受载荷影响较大,小载荷下传动误差较大,随载荷的增加先减小后增大,最后缓慢减小趋于稳定。文章的研究内容对准双曲面齿轮的设计和使用具有一定指导意义。

驱动桥准双曲面齿轮传动系统振动特性分析

驱动桥是微车传动系统的核心部件之一,承受复杂的载荷,影响整车的安全、舒适和动力,其振动和噪声对整车舒适性(NVH)性能有重要影响。为掌握驱动桥振动响应的影响规律,实现驱动桥动态特性的主动控制,本文以驱动桥准双曲面齿轮传动系统为研究对象,考虑主从齿时变啮合刚度、阻尼、传动误差和冲击等激励,基于集中质量法构建驱动桥齿轮传动系统的多变参数耦合振动模型,并依据牛顿第二定律推导其振动微分方程组,采用RK算法求解方程组;对比准双曲面齿轮修形优化前后主、从动齿轮的垂直、扭转和轴向振动数值解,并讨论输入转速和加载扭矩的改变对系统振动特性的影响规律。结果表明:优化后的齿轮运转振动值减小;主从齿的垂直和轴向振动规律复杂,处于近似混沌运动状态;扭转方向上呈现拟周期运动;输入转速和加载扭矩的改变对主从齿轴向振动影响最大,垂直方向次之,扭转方向最小。进一步对驱动桥总成进行振动测试分析,结果表明,新状态样件的动态性能更优,测试数据的趋势与理论分析结果符合较好。该研究成果可应用于分析驱动桥的关键激励因素,预测振动响应,提升产品的动态性能。

一种基于刀倾全展成法滚切准双曲面齿轮的数学模型

以通用型摇台式切齿机的坐标系统为基础,推导出基于刀倾全展成法(Spiroflex)滚切准双曲面齿轮的数学模型。首先,对通用型摇台式机床的机械设定进行转换,使其适用于当前新式6轴齿轮切齿机的坐标系统;然后,计算出6轴齿轮切齿机的机械坐标,编制出准双曲面齿轮刀倾全展成法滚切加工的加工程序;最后,用VERICUT仿真软件模拟准双曲面齿轮的滚切加工,并比较模拟齿轮与理论齿轮间的齿面误差。结果表明,模拟齿轮与理论齿轮间的齿面点位置误差及齿厚误差值均小于50μm,验证了该数学模型在6轴CNC齿轮切齿机上实施准双曲面齿轮的刀倾全展成法加工具有较高的准确性。

准双曲面齿轮实际齿面接触分析与调整计算

为了对准双曲面齿轮实际齿面的接触区进行调整修正,基于齿面测量结果,对大、小轮齿面进行了双三次样条曲面拟合。采用齿面点二维黄金分割加密方法,编制了离散齿面接触分析算法,获得了实际齿面的啮合信息和接触印痕调整参数,为机床加工参数的反调修正提供了依据。对某车桥准双曲面齿轮副进行了实际齿面滚检试验,仿真分析与实际滚检结果基本一致,验证了所提出算法的可行性和正确性。

基于多目标遗传算法的准双曲面齿轮优化设计

基于多目标遗传算法进行准双曲面齿轮传动优化设计,考虑到准双曲面齿轮的体积对制造成本影响较大及噪声会影响乘车舒适性,在满足准双曲面齿轮传动承载能力的前提下,以传动副体积最小和噪声最低为优化目标建立准双曲面齿轮传动优化设计数学模型,并以实例进行优化算法计算。实例验证结果表明,与原设计方案相比,优化设计后传动副体积明显减小,噪声也有所下降。

Ease-off修形高减速比准双曲面齿轮接触仿真与动态性能试验

针对高减速比准双曲面(High Reduction Hypoid,HRH)齿轮大轮齿廓曲率不足、小轮大螺旋角齿面高度扭转的问题,提出了大轮采用刀具修形以实现齿面点接触的方法,小轮采用一般滚切法,简化机床加工参数;建立了大、小轮的三维模型,Ease-off拓扑曲面;解析了接触路径、差曲率、传动误差等齿面接触性能参数;通过三维运动仿真对比修形前后齿面的接触区,修形后避免了边缘接触,接触区位于齿面中部靠近小端,与齿轮实际接触斑点一致。完成了HRH齿轮减速器动态性能试验,齿轮啮合传动性能优良,啮合质量稳定,验证说明所设计的HRH齿轮修形量控制合理、理论计算与运动仿真正确。

Ease-off拓扑修正的准双曲面齿轮齿面修形方法

为了提升驱动桥准双曲面齿轮传动的啮合性能,针对准双曲面齿轮刀倾半展成法(HFT)提出一种Ease-off拓扑修正方法。在建立齿面共轭啮合数学模型的基础上,推导出小轮基准齿面方程,通过计算小轮实际齿面与基准齿面之间的偏差,构建出Ease-off拓扑。借助二阶多项表达式对Ease-off拓扑分解,计算出齿面失配系数,通过调整齿面失配系数构建出修正Ease-off拓扑。通过比较当前Ease-off拓扑与修正Ease-off拓扑,消除小轮当前齿面与修正齿面之间的偏差,反求出小轮加工参数。最后以一对准双曲面齿轮为例进行齿面拓扑修形与磨齿加工,实际齿面印痕与仿真结果一致,验证了齿面拓扑修形方法的有效性。齿面加载接触分析结果表明,修形后齿面接触应力分布得到了改善,实际载荷下齿面接触重合度增加,从而验证了修形方案的合理性。

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性动力学研究

通过引入理想传动的概念,首次给出了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮啮合力和阻尼力的表示方法,同时也给出了多对齿啮合条件下啮合力和阻尼力产生的扭矩在不同啮合区域内的表示方法,并在此基础上,建立了弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮非线性系统动力学方程。

基于齿面参数化表示的准双曲面齿轮的设计

为了能将拟合齿面模型用于准双曲面齿轮的设计,采用加工仿真方法获得了齿面上离散型值点坐标数据,完成了齿面非均匀有理B样条的曲面拟合.依据准双曲面齿轮的主动设计原理,解决了在已知齿面的NURBS表示、齿面接触迹线和传动比函数的条件下来设计未知齿面的关键技术,给出了基于离散化齿坯模型的加工仿真算法,将齿面的接触分析问题转化成一个优化问题,从而构建了齿面接触分析模型,并在其中采用啮合点法线与啮合点间连线之间的夹角趋于0的条件替代了法线重合条件.研究结果表明,齿面的NURBS表示模型可以作为面向准双曲面齿轮设计与制造过程的统一模型,以该模型为基础,可以完成齿面设计、数控机床刀位数据生成和坐标测量路径规划等一系列重要工作.

考虑安装误差的摆线齿准双曲面齿轮轮齿接触分析

基于双刀头(two-part cutter head)分体式刀盘,采用面滚式切制方法加工摆线齿准双曲面齿轮,依据其加工展成原理建立了数学模型,并在考虑安装误差的情况下进行了轮齿接触分析(TCA),得出了安装误差对其啮合性能的影响。在满足传动性能要求的情况下,设计了轮坯参数和机床加工参数。以一对摆线齿准双曲面齿轮为例,分析了各个安装误差对其啮合性能的影响。

基于有限元法的准双曲面齿轮时变啮合特性研究

准确计算准双曲面齿轮的时变啮合参数是其系统动力学分析的基础。基于接触有限元分析原理,应用有限元分析软件ABAQUS对齿轮进行加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),准确计算准双曲面齿轮时变等效啮合参数,包括时变等效啮合点位置、时变等效啮合力作用方向、等效啮合力作用方向上的线位移传动误差和时变等效啮合刚度,并研究转矩大小对时变啮合参数的影响。对比有限元法与经典齿轮接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法求得的传动误差曲线,并对比有限元法计算与加载啮合试验获得的齿面啮合印迹,验证有限元模型和计算的正确性。该方法求得的时变等效啮合参数能够准确体现准双曲面齿轮的时变啮合特性,为进一步研究准双曲面齿轮系统动力学特性提供依据。

基于一维测头准双曲面齿轮齿面偏差的测量

提出了基于一维测头准双曲面齿轮齿面偏差的测量及误差补偿方法。规划了齿面测量网格区域,并计算得到网格节点的坐标值和单位法矢。运用复杂曲面测量原理及误差补偿理论,建立了偏差数据补偿修正的计算式,得到了真实齿面在法线方向的偏差。在国产测量中心上使用一维测头对实际产品进行了齿面偏差测量,其结果与使用三维测头的M&M3525测量中心的测量结果基本一致,从而验证了该测量方法的可行性和正确性。

计算机辅助设计在准双曲面齿轮数控化加工中的应用

介绍了准双曲面齿轮数控化加工中计算机辅助设计的应用 ,给出了计算机图形仿真系统的基本算法和具备通用性质的拟合齿面的接触分析方法 .通过使用计算机进行辅助设计 ,减少了传统加工中的试切 ,降低了加工过程中参数调整对经验的依赖性 ,缩短了设计周期 .

准双曲面齿轮非线性振动分析

本文建立一个准双曲面齿轮单自由度非线性振动方程。方程中考虑了时变啮合刚度、传动误差和间隙,用打靶法和参数化法得到了周期解。

高齿准双曲面齿轮的轮齿加载接触分析

给出了准双曲面齿轮轮齿加载接触分析的数学模型和加载接触分析的求解方法 ,计算了高齿准双曲面齿轮和普通齿准双曲面齿轮副的加载接触过程 ,对比了两种齿轮在不同工况和安装误差条件下的齿面印痕、齿面载荷分布、齿间载荷分配和承载传动误差 ,证明了高齿准双曲面齿轮副齿面载荷分布和齿间载荷分配合理 ,接触印痕受安装误差的影响较小 。

准双曲面齿轮三维间隙非线性冲击特性分析

应用轮齿加载接触分析程序计算了承载下准双曲面齿轮的啮合性能 ,得到加载啮合时各轮齿的载荷分配。应用轮齿啮合原理 ,开发了准双曲面齿轮网格自动建模程序 ,建立了轮齿动力接触有限元分析模型。采用动力接触问题有限元混合解法 ,对准双曲面齿轮传动的初速冲击和突加载荷冲击特性进行了数值仿真 ,分析了齿侧间隙对轮齿冲击特性的影响。

重载下准双曲面齿轮传动界面润滑机理分析

综合考虑了准双曲面齿轮传动接触几何、卷吸速度与椭圆主轴不重合、润滑剂流变特性等因素,建立了准双曲面齿轮传动界面润滑机理分析的统一数学模型,数值分析了重载下准双曲面齿轮传动一对啮合副从啮入到啮出过程中啮合点油膜、压力、闪温和von Mises应力的演变规律,探讨了小齿轮转速对传动界面润滑性能的影响。结果表明:从啮入到啮出过程中,啮合点的中心油膜厚度和最大von Mises应力呈现单调递减趋势,表面最大闪温则是先升高然后逐渐降低;转速对传动界面润滑状态的影响非常显著,随着转速的逐渐减小,啮合点中心油膜厚度也随之减小,由于工程中粗糙表面的存在,界面容易因滑动摩擦发生磨损;转速越高,啮合点的闪温也越高,此时齿面容易发生胶合失效,为了最大限度地避免齿面磨损和胶合,需要合理选择准双曲面齿轮的运行转速。

HGT准双曲面齿轮精确建模和加载接触分析

以加工方法 HGT为研究对象,根据格里森HGT准双曲面齿轮的加工方法和加工原理,并以摇台机床为基础,推导了理论工作齿面方程和齿根过渡曲面方程,在此基础上建立了3维几何仿真模型,并对齿轮副进行了轮齿加载接触分析,得到齿轮副在拟真实工况下的齿面印痕、传动误差曲线和载荷分配系数。最后通过切齿试验验证了理论推导的正确性。仿真和试验结果表明:1)齿轮重合度大,传动平稳;2)当大轮加载扭矩超过一定值(500 N·m)时,轮齿会出现边缘接触。该研究为齿轮的强度和振动分析等提供了可靠的前提条件。