偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法

结合微分几何及空间齿轮啮合原理,将偏心-高阶椭圆锥齿轮副的空间节曲线在曲率半径相等的条件下展开到平面上,推导出齿轮副当量节曲线的计算公式,获得啮合传动过程中的压力角。对轮齿进行受力分析,建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副的强度计算方法,获得轮齿接触应力及弯曲应力随主动轮转角的变化规律,确定啮合过程中最薄弱轮齿的位置。分析偏心-高阶椭圆锥齿轮副主动轮偏心率、模数、主动轮齿数及从动轮阶数等结构参数对轮齿强度的影响。建立偏心-高阶椭圆锥齿轮副有限元分析模型,利用五轴数控机床加工出齿轮副实体并搭建传动试验平台,通过有限元分析与传动试验,验证该齿轮副强度计算方法的正确性。

高阶椭圆锥齿轮齿距误差的三坐标测量方法

为验证高阶椭圆锥齿轮副设计及加工的正确性,针对高阶椭圆锥齿轮插齿包络法加工得到的齿轮实体,提出高阶椭圆锥齿轮齿距误差的三坐标测量法。根据齿轮啮合原理,建立该锥齿轮齿距误差测量评价的数学模型。采用三坐标测量法,通过对高阶椭圆锥齿轮样件的实际测量,分析处理三坐标测量机上获得的坐标点集,从而获得理想元素。经数据处理后可以分析得到非圆锥齿轮的节曲线拟合曲线、单个齿距误差以及齿距累计误差。测量分析结果与理论计算结果基本吻合,表明所建立的高阶椭圆锥齿轮齿距误差评定方法是可行的。

椭圆锥齿轮的强度计算与分析

由于目前对椭圆锥齿轮的研究主要是进行传动原理及特性、齿形设计、加工制造分析以及传动实验等研究,而对其轮齿承载能力的研究相对较少。结合微分几何理论和齿轮啮合原理,在椭圆锥齿轮平面当量节曲线的基础上,获得传动过程中的压力角变化关系。对啮合过程进行受力分析,并推导轮齿所受切向力及法向力的计算公式。建立椭圆锥齿轮强度的连续计算方法,讨论齿面接触应力和齿根弯曲应力随主动轮转角的变化规律。判断啮合过程中最薄弱轮齿的位置,分析了模数、齿数和偏心率3个基本参数对接触应力及弯曲应力的影响,并通过与传统直齿锥齿轮强度计算法的对比分析,验证了椭圆锥齿轮强度连续计算法的正确性。

增材制造椭圆锥齿轮的齿面与齿距误差分析

为提高椭圆锥齿轮增材制造的加工精度,减少其加工误差,对增材制造加工的椭圆锥齿轮进行误差测量,并分析误差产生的原因.运用齿轮啮合空间传动原理及增材制造的基本原理,建立了椭圆锥齿轮空间啮合坐标系、增材加工坐标系、分层模型、椭圆锥齿轮的理论误差模型和误差检测模型;对椭圆锥齿轮进行前处理分析,并对增材制造过程进行研究,获得该齿轮增材制造的加工方法;采用超景深三维显微系统和三坐标测量机对该齿轮进行检测,分析其表面误差精度与齿距误差.结果表明:利用增材制造法加工的椭圆锥齿轮误差偏大;优化STL模型,减小金属粉末直径,减少激光半径和热效应对加工层的影响,均有助于提高增材制造加工精度.

高阶椭圆锥齿轮副接触斑点的检测及分析

针对高阶椭圆锥齿轮的几何形状和单项误差测量复杂的问题,结合齿轮啮合原理及圆锥齿轮的检测技术,开展了高阶椭圆锥齿轮副接触斑点的检测及分析研究,建立了圆锥刀具球面渐开线齿面的数学模型,提出了该锥齿轮副接触斑点的齿轮副综合检测及分析方法.通过对高阶椭圆锥齿轮副进行受力分析,得到各分力对接触斑点的影响规律,重点研究了切向力对接触斑点面积的影响规律,分析得到椭圆锥齿轮副接触斑点面积具有周期性变化的规律;建立了椭圆锥齿轮安装距接触斑点变化模型,分析得到椭圆锥齿轮副安装距变化对接触斑点的影响规律,确立了该锥齿轮副的调整方法.通过椭圆锥齿轮副实体样件的啮合滚动实验,验证了切向力对接触斑点面积的影响及变化规律,以及安装距对接触斑点影响及变化规律的正确性.

自行车椭圆锥齿轮传动机构的设计

针对现有圆锥齿轮传动自行车传动机构存在踩踏用力不均匀、"死点"区域过大等问题,提出了一种新的齿轮传动——椭圆锥齿轮传动。通过对椭圆锥齿轮传动的受力分析,推导出自行车骑行脚蹬力与椭圆锥齿轮偏心率的函数关系式,并进行Matlab仿真和三维数字建模。结果证明:使用椭圆锥齿轮传动比传统锥齿轮传动踩踏用力均匀、发力区间更大。

非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构分析与优化

针对现有宽窄行分插机构存在斜取秧和大穴口问题,提出一种由椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动的空间行星轮系宽窄行分插机构。分析了椭圆锥齿轮的传动特性,建立了机构的运动学模型。通过分析插秧轨迹的横向线位移、横向插秧穴口边长与传动齿轮交错角的关系,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动方式可以兼顾斜置式和齿轮交错传动式的小穴口、直取秧的优点。开发了宽窄行分插机构参数优化软件,进行了机构的运动特征分析,并通过人机交互方式优化了一组满足宽窄行插秧机的机构参数。利用仿真软件ADAMS实现了椭圆锥齿轮齿廓的设计,并结合三维建模软件进行了分插机构的仿真。加工了分插机构实物模型,进行了试验台测试,得出椭圆锥齿轮-交错圆柱齿轮混合传动分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。