面齿轮传动新齿形与齿面修形研究现状与展望

面齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,在航空航天领域具有重要的应用,其新齿形与齿面修形研究已成为齿轮传动的研究热点。首先,从齿面展成、啮合理论、设计方法和啮合特性等方面对国内外在面齿轮传动传统齿形的相关研究成果进行了概述;其次,阐述了国内外在新齿形面齿轮传动的啮合理论与设计方法方面的研究现状;再次,详细归纳论述了面齿轮传动在面齿轮齿面修形与小轮齿面修形两个方面的重要研究进展;最后,总结展望了今后面齿轮传动在新齿形加工、修形齿面的啮合分析、修形齿面的承载能力分析、修形优化设计、软件开发等方面的研究方向。

基于ROMAX的斜齿轮齿面修形优化设计

针对建筑用施工升降机减速器输出轴齿轮出现齿面偏载而导致振动噪声过大的现象,以某建筑用施工升降机为研究对象,考虑综合因素对输出轴斜齿轮副偏载现象的影响,通过理论计算确定修形量范围,然后基于ROAMX用全因子法以齿向修形量、螺旋线修形量及齿顶修缘量为设计变量,以齿面接触载荷分布系数和齿根弯曲载荷分布系数为优化目标进行参数优化设计,经计算得到最佳修形量组合结果。对修形后的齿轮进行动力学仿真分析,结果表明:经过修形的齿轮齿面接触载荷和齿根弯曲载荷分布更均匀,齿面最大单位长度载荷降低了58.2%。对修形后的齿轮动力学性能进行评估,结果表明:修形后的齿轮传动误差激励减小了75.5%,箱体表面的加速度响应最大降低了47.8%。

摆线齿锥齿轮齿面修形仿真及高阶传动误差设计

以全展成法加工的摆线齿锥齿轮为研究对象,以获得中部较平坦的高阶传动误差曲线为目标,提出了一种齿廓修形方法,即将刀廓曲线设计为四阶曲线,而不改变切齿过程中产形运动关系,在传统的机械摇台式机床上即可实现齿廓修形。利用优化算法对修形齿面进行了数值计算,并进行了齿面修形数值仿真。在建立摆线齿锥齿轮啮合数学模型的基础上,对修形齿面进行了齿面接触分析。算例分析表明,通过合理选取各阶修形系数可以获得高阶传动误差曲线和所需的齿面接触印痕。与传统的抛物线形状传动误差相比,高阶传动误差曲线幅值小,转换点处两切线夹角大,能有效减少齿轮副在轻载运行下的振动和冲击、降低噪声。

活齿端面谐波齿轮啮合副齿面修形

活齿端面谐波齿轮传动是一种新型的传动方式,可以应用于大传动比、大功率的减速器之中,因此具有广泛的应用前景。在分析活齿运动规律的基础上,对于啮合副的理论齿面提出了一种便于设计和加工的修形方法,推导出了齿面修形的原则,为活齿端面谐波齿轮传动的设计、制造和应用奠定了理论基础。

行星风电齿轮增速箱的齿面修形研究

简要介绍了齿面修形原理,对修形参数确定的依据进行了研究,给出了常用齿面修形曲线表达式,利用自主编写的齿轮接触有限元分析软件,建立了行星风电齿轮增速器系统的有限元接触分析模型。为了分析齿轮修形对齿轮增速器系统的影响,将整个齿轮传动系统作为一个有机的整体进行齿面修形接触分析研究,分析了齿面修形前后齿间载荷分配与接触线上载荷分布情况。经过修形后的齿轮系统,齿轮间的啮合刚度变化趋于平稳,齿轮间的载荷波动减小,对齿轮系统的减振降噪具有重要意义。

斜齿轮齿面修形与有限元网格自动生成

在轴平面上设计网格结点,映射到修形齿面上,得到齿面上的网格结点,该模型可以更精确的表达齿面特征。用该方法编制了相应的计算机程序,只需输入齿轮的基本参数及修形系数便可以得到整个齿轮的三维有限元模型,简化了斜齿轮有限元建模过程。

行星齿轮传动系统齿面修形研究

论述轮齿修形原理、齿面修形参数及齿面修形曲线表达式。利用齿轮轮齿接触分析软件,建立行星齿轮传动系统的有限元分析模型。文中将行星齿轮传动系统作为一个整体,分析齿面修形对行星齿轮传动系统动态特性的影响。研究结果显示,齿轮修形能够有效改善行星齿轮传动系统内部激励,从而降低系统的振动特性;还能够有效改善行星齿轮传动系统在啮合过程中的动态啮合力,提高传动系统传递载荷的平稳性,降低系统的振动噪声。

径向剃齿刀齿面修形的影响分析及仿真

为实现径向剃齿刀与现代数控制造系统对接的目的.文中利用微分几何与齿轮啮合原理,建立径向剃齿刀与被加工齿轮之间的数学模型,通过对比径向剃齿刀齿面与标准渐开螺旋面,对径向剃齿刀齿面进行修形.仿真结果表明:径向剃齿刀齿面呈中凹且对角翘曲,径向剃齿刀齿形、齿向曲线均中凹且在中部中凹量小于两端的中凹量,刀具齿面修形量的大小随轴交角的增大而增大,轴交角为8°时修形量最小2μm,轴交角为15°时修形量最大14.5μm,且刀具齿面对角位置修形量大小一致;加工修形齿轮时径向剃齿刀齿向修形量最大为20μm,修形量最小12.4μm.

装配误差和齿面修形对曲线圆柱齿轮传动误差的影响

基于齿轮啮合理论,推导了带抛物线修形的曲线圆柱齿轮齿面方程,研究了齿轮副有限元模型初始接触位置的求解方法;利用齿轮参数化有限元技术,建立了齿轮副的有限元模型,从有限元分析结果中提取了齿轮载荷传动误差;通过20余组算例分别研究了齿轮副的装配误差、修形量、刀盘曲率半径和修形曲线偏置量对载荷传动误差的影响。结果表明,装配误差可以降低载荷传动误差的波动幅度;较大的齿面修形量可减小载荷传动误差波动幅度;较大的刀盘曲率半径可减小载荷传动误差值和误差波动幅度;齿面修形曲线的偏置对载荷传动误差的影响较小。总的来说,采用较大曲率半径的修形刀盘可加工出传动性能更好的曲线圆柱齿轮。

变速器齿轮齿面修形新方法研究

本文结合具体变速器噪声的改善案例,对变速器齿轮噪声产生的机理进行了分析,同时根据设计与变速器特性针对性提出了一种新的针对主因的齿面修形改善方案.

基于MASTA的大速比减速器齿轮综合修形优化设计

为了优化某大速比减速器斜齿圆柱齿轮传动系统的振动噪声水平,通过MASTA对其一、二级齿轮传动进行啮合及振动噪声仿真分析,发现存在偏载、应力集中、振动噪声较大等问题,存在较大的传递误差。以减小传递误差与齿面接触应力为目标,进行齿面修形优化设计,建立齿面修形优化模型并求解,采用MASTA对修形后模型进行分析,并对其样机进行噪声试验,验证齿面修形的有效性。结果显示:MASTA分析结果符合理论分析,仿真方法准确,修形后齿轮的接触应力和传递误差均明显减小,接触斑点分布均匀,振动噪声明显降低,且一级齿轮传动比二级齿轮传动效果更明显。可见此优化设计方案对减速器减振降噪具有较好的效果,为此类减速器齿轮设计提供理论参考。

直齿面齿轮修形及承载接触分析

提出了直齿面齿轮副齿廓修形的设计方法.通过对齿条刀具的直廓失配修形,获得了类似抛物线型的传动误差.建立了直齿面齿轮副轮齿接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)的计算模型.啮合性能分析表明:齿廓修形能够使直齿面齿轮接触路径发生倾斜从而增大齿面有效重合度,还能避免边缘接触、改善齿面载荷分布与承载传动误差、提高传动的稳定性.

齿廓方向修形的斜齿面齿轮啮合特性研究

主要研究了修形面齿轮副传动的啮合特性。提出了一种沿齿廓方向抛物线修形的面齿轮齿面结构,对传统斜齿面齿轮和修形的斜齿面齿轮副的啮合进行了比较。计算机仿真表明,修形的斜齿面齿轮传动啮合性能明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,有效避免了边缘接触;啮合区域对安装误差较为敏感,特别是轴夹角误差的大小,对啮合印痕在齿面上分布的影响尤其明显,容易导致接触区域向面齿轮的大端和小端偏移。

弧齿锥齿轮齿面的高精度修形方法

为了改善齿轮的啮合传动性能,提出基于Ease-off的弧齿锥齿轮齿面修形优化方法.通过预置齿轮副重合度、对称抛物线传动误差及接触椭圆参数,分别沿接触路径和啮合线对小轮齿面进行双向修形,获得目标齿面;建立最小二乘法优化模型,采用基于置信域策略的列文伯格-马夸尔特优化算法反求与目标齿面高精度逼近的小轮机床调整参数.算例表明,经过有限次迭代优化,可获得逼近目标齿面的一组机床调整参数,实现预置传动性能,且齿面偏差不大于2.0μm;齿轮副的设计重合度、传动误差幅值及接触椭圆参数对修形优化的迭代次数和精度有直接的影响.

齿面三维修形对人字齿轮振动特性影响分析与试验研究

针对航空、航海等重要场合应用的高精度圆柱人字齿轮,提出对小轮齿面采用四次抛物线式三维修形,并以三次B样条曲线拟合包括修形和误差的精确齿面模型。综合考虑传动误差激励和啮入冲击力激励,建立滚动轴承支撑人字齿轮副啮合型弯-扭-轴耦合十二自由度振动模型,实例分析了齿面修形对人字齿轮齿间振动内激励因素的影响。选取承载传动误差波动幅值、啮入冲击力幅值以及轮齿啮合振动加速度均方根值作为多目标动力学优化函数;利用改进的自适应遗传算法对修形设计参数进行优化。结果表明:修形前后啮合线方向轮齿相对振动加速度均方根值降幅为20.42%,取得了较好的减振降噪效果。搭建封闭功率流式人字齿轮振动测试试验台,采用海德汉圆光栅对修形前后人字齿轮啮合线向振动加速度进行测量,理论计算与试验测量基本趋势保持一致,最大误差不超过14.5%。

弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的CNC修形加工方法

针对弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的修形控制问题,提出一种在展成加工的同时对齿廓和齿线两个方向进行修形控制的加工方法。通过调整直刃刀盘的展成运动回转半径,实现齿面齿廓方向的修形量控制;通过调整刀倾角,实现齿面齿线方向的修形量控制。基于空间运动学原理,利用矢量旋转公式,在具有倾角的数控机床上与普通多轴联动数控机床上展成加工齿面时,保持刀具和工件的相对位置和相对运动相同,进行两类机床之间的运动转换,建立机床运动控制方程,从而实现弧齿线圆柱齿轮在普通多轴联动数控机床上的修形加工。并通过试件的切削试验和齿面接触分析试验,证明所提出的修形加工方法和分析的加工运动方程的正确性。与弧齿线圆柱齿轮传统的加工方法相比,这种加工方法效率高,运动关系简单,便于推广应用。

基于KISSsoft齿面三维修形的某型电动汽车减速器噪声优化

为了降低某型电动汽车减速器噪声,应用KISSsoft软件平台,提出了一种齿形修形和齿向修形相联合的齿面三维修形方法。通过KISSsoft仿真及噪声、振动与声振粗糙度(NVH)试验,对所提方法进行了验证。研究结果表明:经过齿面三维修形后,一级齿轮副传递误差最大波动量降至0.918μm,降幅达14.04%;齿轮啮合时的接触应力最大值降至1 524.73 MPa,降幅达6.55%,齿轮啮合传递误差波动量及接触应力均得到有效改善。修形后噪声最大值为70.82 dB,降幅达15.04%,该型电动汽车减速器噪声得到有效优化。

纯电动汽车高速齿轮传动全工况抑振修形方法

为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明:计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.

含随机性误差的实际修形齿面静态啮合性能统计分析

齿轮修形是目前国内外广泛应用的减振降噪首选技术,通过修整标准渐开线齿面形状,补偿变形和加工误差产生的齿轮传动误差及啮合冲击,可以很好的改善齿轮传动性能。但目前的修形技术主要针对理想齿面,未考虑制造误差,实际批量生产的齿轮不可避免产生随机制造误差,4级以下误差数值量级可能达到修形量的20%~50%,严重干扰了修形效果。本研究拟基于实际修形齿面啮合仿真模型,对考虑随机制造误差、随机安装误差的修形人字齿轮副进行静态接触分析,统计分析齿轮副的静态啮合性能的不确定性。从而,实现针对含随机性误差的实际修形齿面啮合性能的量化分析,准确预测修形设计方案的实际修形效果。

基于某二级减速齿轮系统的齿面修形优化

针对齿轮系统在初始设计阶段普遍存在的振动噪声突出问题,本文以某电驱动系统搭载的二级减速齿轮系统为研究对象,以传递误差波动量最小、啮合线方向振动加速度均方根值最小和啮合线离散点载荷密度最小为优化目标,以齿面修形参数为设计变量,采用NSGA-Ⅱ进行了多目标寻优。基于MASTA软件进行了加载齿面接触分析(LTCA),结果表明,相比于未修形阶段,经过微观修形优化后的齿轮系统啮合传递误差和系统传递误差波动量均大幅降低,齿面载荷分布更加均匀,最大接触应力和轴承座振动加速度幅值均显著降低,系统动力学性能得到整体改善。本文的研究思路和方法可为更广泛的齿轮系统优化设计提供指导。