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。

准双曲面齿轮准静态接触分析和试验研究

建立了精确的准双曲面齿轮的轮齿面和过渡曲面数学模型;选择用平均接触椭圆长半轴、接触线方向角和传动误差曲线交点来评价齿面接触斑点和传动误差;以一个准双曲面齿轮副为计算实例,建立了适合准静态齿面接触分析的准双曲面齿轮传动系统有限元分析模型;通过准静态加载齿面接触特性分析,得到齿根弯曲应力、接触应力和传动误差的变化规律,分析载荷的影响情况,并比较了有限元结果与经验公式计算结果。开发了准双曲面齿轮试验台,进行齿面接触斑点和齿根弯曲应力检测,试验结果与仿真结果的一致性较好。

大重合度弧齿锥齿轮设计与分析

为改善弧齿锥齿轮啮合性能,提出一种接触路径沿齿长方向的大重合度设计方法。预置沿齿长的接触路径和对称抛物线传动误差,以大轮作为假想插齿刀,共轭展成小轮辅助齿面;先计算沿接触路径的齿面修形量,再根据轻载的弹性变形量和接触椭圆长半轴,计算出沿接触线齿面网格点的修形量,将两者叠加到小轮辅助齿面上获得小轮目标齿面;借助遗传算法求解目标齿面所对应的小轮加工参数。通过算例表明,将接触路径设计为沿齿长方向能够获得大重合度,且重合度仅与齿宽有关,沿齿宽中线的接触路径能够获得更好的啮合性能,避免过早发生边缘接触;齿面印痕沿齿向分布,避免内对角接触,减小齿面相对滑动速度,且在安装误差作用下,齿面印痕沿着齿高方向移动。

齿轮传动中的齿面接触斑点分析与质量控制

介绍新、旧国家齿轮标准齿面接触斑点质量评定方法并加以比较,列举齿轮加工、装配中几种齿面接触斑痕的形式并进行专业分析,指出这几种齿面接触斑点和传动噪声的关系,提请专业人员根据齿面接触斑痕形成的原因,采取相对应的质量控制方法。

正交面齿轮的设计与插齿加工试验

根据面齿轮与渐开线圆柱齿轮的啮合原理,建立了面齿轮插齿加工的数学模型,推导了面齿轮的齿面方程,确定了面齿轮的最小内半径和最大外半径。设计制作了面齿轮插齿工装,在Y514型插齿机上进行了插齿加工试验。并在滚动检验机上进行了接触印痕检验。试验证明了,理论推导和计算结果的正确性,面齿轮插齿加工的可行性。

一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

提出一种接触印痕位置参数分析法,用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能,采用局部综合法,设计弧齿锥齿轮加工参数,得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下,计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下,进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标,分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量,采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时,对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象,依据上述方法,确定出不同类型安装误差的可变动范围,验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。

航空弧齿锥齿轮接触印痕高度的一种控制方法

为了降低弧齿锥齿轮副的振动与噪声,提升接触齿面的承载能力,从可制造角度出发,提出基于传动误差曲线优化的弧齿锥齿轮接触印痕高度的设计方法。依据给定齿面参考点处的啮合性能,采用局部综合法设计小轮加工参数。进行轮齿接触分析,以轮齿接触分析得到的传动误差曲线与预置的对称型传动误差曲线之差作为优化目标函数,建立了弧齿锥齿轮接触印痕高度的一种控制方法,对传动误差曲线进行优化。量化地分析优化后传动误差曲线的交点与齿面接触印痕高度间的关系。以某型航空弧齿锥齿轮副为对象,采用上述方法获得了齿面接触印痕的高度值。研究发现,传动误差曲线的弯曲程度与齿面接触印痕高度之间呈现负相关。当传动误差曲线的二阶导数在0.01~0.10范围变动时,小轮和大轮齿面接触印痕高度对应的变化范围分别是2.035~1.812 mm和1.969~1.724 mm,相对变动量分别达10.96%和12.44%。所提出的方法有助于设计可制造的齿面接触印痕高度。

偏置正交面齿轮的设计及插齿加工试验

针对偏置正交面齿轮的几何参数设计,根据齿轮啮合原理,建立了范成法加工偏置面齿轮的数学模型,推导了偏置正交面齿轮的齿面方程,分析了偏置正交面齿轮的根切和齿顶变尖现象,得出了相应的根切和齿顶变尖的限制条件。提出了偏置面齿轮的加工方法,设计了插齿工装,在Y514型插齿机上进行了插齿加工试验。在滚动检验机上进行了接触印痕检验。试验验证了理论推导和计算结果的正确性,偏置面齿轮插齿加工的可行性。

弧齿锥齿轮数字化齿面啮合仿真分析与试验

为了实现航空弧齿锥齿轮的数字化滚动检验,进行了数字化齿面啮合仿真分析与试验。采用NURBS对由齿面坐标测量或理论齿面坐标计算获得的离散点数据进行初步拟合,进一步考虑离散点法矢,优化控制顶点,实现数字化齿面的几何特征修改;建立数字化齿面啮合仿真分析模型并进行印痕滚检试验。算例结果表明:考虑法矢拟合得到的传动误差曲线的幅值误差小于0.46%,齿面印痕的大小、方向、位置都与理论齿面非常接近。因此,在一些应用上采用考虑法矢的NTCA可以代替滚动检验,获得实际的齿面印痕和传动误差。

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合度设计在小轮、大轮弯曲强度和齿面接触强度上,分别提高了13.67%、10.05%和5.77%,承载传动误差幅值下降了31.32%,并且能够改善齿面印痕对安装误差的敏感性。

弧齿锥齿轮分流传动系统几何接触分析

弧齿锥齿轮分流传动系统适用于复杂的功率分流场合。分析了其应用于船舶传动中不同工况下的功率流向,以一种典型的工况为例,提出了弧齿锥齿轮分流传动系统几何接触的分析方法。在弧齿锥齿轮轮齿接触分析的基础上,通过综合考虑系统存在边缘接触和安装错位误差,系统各齿轮副的啮合情况,设计出了系统的齿面印痕和传动误差图,为优化系统的啮合性能和进一步分析系统各齿轮副的承载情况提供了理论依据。

等基圆齿锥齿轮啮合性能分析

为了分析和改善等基圆齿锥齿轮在实际工况下的承载能力、传动性能,对其进行齿面接触分析(TCA)模拟锥齿轮齿面接触印痕和传动误差。在不考虑安装误差的情况下对锥齿轮同时进行齿线和齿廓修形,分析齿线和齿廓修形参数的改变对锥齿轮传动误差以及齿面接触区域变化的影响,通过调整修形参数改善齿轮的啮合特性,实现较好润滑性能和传动平稳性的目的。通过一对修形后的等基圆锥齿轮的加工和滚检,验证了TCA修形程序的正确性,为该型齿轮的啮合性能分析提供了理论依据和实验基础。

以啮合性能为判据的弧齿锥齿轮加工方式评价

以设计要求的齿面接触印痕和传动误差曲线为目标,探讨采用展成法加工弧齿锥齿轮小轮时变性与否的问题。为此,给出了小轮加工参数形成过程中变性法与不变性法的数学特征,基于局部综合法得到了与这两种加工方式相对应的加工参数及齿面模型,在此基础上经轮齿接触分析得到了啮合性能即齿面接触印痕和传动误差曲线,将其与设计要求相对比,以评价加工方式的合理性。对某航空弧齿锥齿轮的啮合过程进行了数值仿真,结果表明不变性法比变性法得到了更好的啮合性能。

考虑边缘接触的弧齿锥齿轮有限元接触分析

针对弧齿锥齿轮轻质重载的特点,利用有限元方法的批处理功能进行了考虑边缘接触的轮齿接触分析,定量讨论了边缘接触随载荷增加时的变化规律。根据考虑边缘接触的几何接触分析,将齿轮从进入啮合到退出啮合分成若干步进行计算,每一步的计算结果连接起来用于描述整个啮合的过程。以一对弧齿锥齿轮为例,经过不同载荷条件下考虑边缘接触的定量分析,提取出接触应力、接触印痕、接触路径,并与几何接触分析和承载接触分析结果进行了对比,三者吻合度较好。对比结果证明,通过有限元法分析可以较精确地确定齿轮发生边缘接触时的载荷临界值及边缘接触位置,得出边缘接触会导致接触应力急剧增大、接触路径延长、接触区域面积变大的结果,通过定量计算、比较各项参数指标得出变化规律。

弧齿锥齿轮锥度切削原理与试验

基于微分几何梅尼埃定理,分析了弧齿锥齿轮锥度切削的原理,介绍了锥度切削的加工方法和实现条件。根据局部综合法建立了弧齿锥齿轮锥度切削的数学模型。利用M atlab和三维软件Pro/E,绘制出了小轮锥度切削的齿轮模型。在数控铣齿机上进行了锥度切削试验,并在锥齿轮滚动检查机上进行了接触印痕检查,验证了在数控铣齿机上实现锥度切削的可行性。

直齿锥齿轮的数控铣齿加工研究

针对以往直齿锥齿轮加工采用刨齿等方法加工精度差、效率低的难题,研究了在凤凰Ⅱ代275HC铣齿机上六轴五联动高精度数控铣削直齿锥齿轮,其加工精度可达GB 11365—1989的5级(相当于AGMA2009的B5级)。采用该方法加工的直齿锥齿轮齿向有一定的鼓形量,改变了以往加工的锥齿轮副接触区沿齿长方向全接触的缺点。研究制定了直齿锥齿标准齿轮的制造流程,使用标准控制齿轮和检验控制齿轮记录直齿锥齿轮的加工状态,并用标准控制齿轮建立CMM数字化检测程序对比检测其余齿轮,以得到批准通过的接触斑点和侧隙,提高了加工精度,保证了不同批次零件加工质量的一致性,并提高了批生产的加工效率。

齿轮轮齿接触分析的分解算法

提出了齿轮轮齿接触分析算法——分解算法。传统的轮齿接触分析方法求啮合点时需要求解含5个非线性方程的方程组,求解性差;齿面接触和边缘接触的数学模型不同,需要分别进行求解,求解过程复杂。轮齿接触分析算法——分解算法,提出了瞬时共轭啮合线的概念,可有效分离传动误差,得到啮合点、瞬时接触线,求啮合点时非线性方程的个数由5个减少为2个。分解算法建立的数学模型也适用于边缘接触分析,算法简单、有效、适应性强。以一对弧齿锥齿轮为例,对比分析了传统方法和分解算法,结果表明:齿面部分的印痕是一致的,传动误差幅值相差0.3″;边缘接触部分的印痕存在少许差异。

基于NURBS曲面的渐开线齿轮接触斑点解析及仿真

针对渐开线齿轮动态性能预测问题,通过齿面测量,获得齿面数据,利用NURBS曲面构建渐开线齿轮修形后全齿面,并验证其精度。结合渐开线齿轮的啮合原理,实现对渐开线齿轮轻载情况下的接触斑点的求解,建立接触斑点数字化求解模型,利用OpenGL实现了接触斑点的仿真可视化。此方法可代替齿轮传统对滚检测,实现齿轮接触斑点的快速分析。

轮齿接触分析的分解算法与试验验证

目前广泛采用的轮齿接触分析算法需要分别建立齿面接触和边缘接触分析数学模型;确定瞬时啮合点需要求解含5个非线性方程的方程组,计算量大、求解性差。基于此,提出了轮齿接触分析新算法——分解算法,建立了统一的齿面接触和边缘接触分析数学模型,求解非线性方程的个数减少为2个,算法简单、有效,适用于各种齿轮副的性能分析。以弧齿锥齿轮副为例,分解算法与Gleason软件的齿面接触、传统算法的边缘接触分析结果对比表明:齿面印痕一致,传动误差在啮合转换点处幅值仅相差0.29″;边缘接触印痕有少许差异。磨削加工的弧齿锥齿轮副在滚检机上滚检,滚检印痕验证了新算法的正确性。

弧齿锥齿轮齿面曲率干涉判断方法与实验验证

提出一种基于齿面拓扑结构的齿面曲率干涉判断方法,通过构造两齿面拓扑偏差判断齿面曲率干涉.这种方法不仅可以直观地判断是否发生齿面曲率干涉,而且可以对其实际啮合位置进行预判.对一对弧齿锥齿轮齿面曲率干涉进行了计算,分析结果显示小轮工作面大端、小端和齿顶曲率干涉,齿面印痕应位于大端和小端,小轮非工作面齿顶曲率干涉.在数控铣齿机加工该弧齿锥齿轮副并检测齿面印痕,工作面齿面印痕位于小轮大端和小端,非工作面小轮齿顶出现了齿顶接触的现象,检测结果与该方法预判结果一致.