DIRECT DIGITAL DESIGN AND SIMULATION OF MESHING IN WORM-GEAR DRIVE

A direct digital design method （DDDM） of worm-gear drive is proposed. It is directly based on the simulation of manufacturing process and completely different from the conventional modeling method. The loaded tooth contact analysis （LTCA） method is analyzed, in which the advanced surface to surface searching technique is included. The influence of misalignment errors and contact deformations on contact zone and transmission error （TE） is discussed. Combined modification approach on worm tooth surface is presented. By means of DDDM and LTCA, it is very conven- ient to verify the effect of worm-gear drive＇s modification approach. The analysis results show that, the modification in profile direction reduces the sensitivity of worm-gear drive to misalignment errors and the modification in longitudinal direction decreases the TE. Thus the optimization design of worm-gear drive can be achieved prior to the actual manufacturing process.

NEW DESIGN METHOD FOR HYPOID GEARS

A digital model is presented for the purpose of design, manufacture and measurement of hypoid gear, based on the non-uniform rational B-spline surface （NURBS） method. The digital model and the function-oriented active design technique are combined to form a new design method for hypoid gears. The method is well adaptable to CNC bevel gear cutting machines and CNC-controlled gear inspection machines, and can be used to create the initial machine tool cutting location data or program measurement path. The presented example verifies the method is correct.

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。

小轴交角面齿轮副齿面展成与啮合特性分析

为了增强直升机传动系统中小角度齿轮传动副的啮合性能,对小轴交角面齿轮副进行齿面几何与啮合特性研究。建立了小轴交角面齿轮副展成坐标系,并基于齿轮啮合原理推导了其齿面方程。基于蜗杆推导了拓扑修形的圆柱齿轮齿面方程,并将该圆柱齿轮应用到小轴交角面齿轮副中。进行了轮齿接触分析,并研究了安装误差对啮合的影响规律。为评价小轴交角面齿轮副的传动性能,进行了应力计算分析,并与锥形渐开线-圆柱齿轮副进行了对比。研究结果表明:相对于圆柱齿轮齿向修形,拓扑修形可有效避免小轴交角面齿轮副的边缘接触,减小接触应力和弯曲应力;相同参数下,小轴交角面齿轮副的接触应力和弯曲应力均比锥形渐开线齿轮-圆柱齿轮副小约27%。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形设计及承载接触分析

为提高变双曲圆弧齿线(variable hyperbolic circular arc toothtrace,VHCATT)圆柱齿轮承载能力和改善其动态特性,提出齿面修形设计方法,即齿线方向的刀盘倾斜法和齿廓方向的抛物线修形刀刃法。首先,根据齿轮啮合原理和变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形齿面成形原理,推导修形齿面方程,利用软件MATLAB和UG实现齿面重构;其次,通过齿轮几何接触分析,计算齿面间隙,同时利用有限元法计算接触点柔度矩阵,进而建立承载接触非线性数学规划模型,获取轮齿承载啮合特性;最后,分析刀盘倾角、抛物线系数与抛物线顶点位置对修形齿面载荷分布与承载传动误差的影响。研究结果表明:取值合理的刀盘倾角和抛物线顶点位置可有效降低齿面载荷与改善系统承载传动误差特性;取值合理的抛物线系数可改善单齿和双齿啮合交替时的载荷突变情况。研究结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态设计和工业应用提供了理论基础。

谐波齿轮大变位柔轮滚齿误差分析及滚刀设计

基于滚齿仿真计算研究大变位柔轮成形机制,分析其齿面理论加工误差值及产生原因,重新设计滚刀以提高大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数方程,根据滚刀与工件的几何参数及加工参数确定滚刀与工件相互位置和空间运动关系,进行滚齿切削仿真;根据滚刀多刃切削的成形特点,建立齿面理论加工误差评价模型,对滚齿误差进行仿真计算;基于滚齿加工时滚刀与齿轮法向基节相等原理,重新设计滚刀以减小滚齿齿面偏差。研究发现,标准滚刀加工齿数较多的大变位柔轮时,会因滚刀切削刃数不足而在齿顶处出现欠切削,致使加工误差大;模数、压力角不同于标准滚刀的新滚刀仅需较少切削刃即可实现大变位柔轮的完全切削,且齿面加工误差比标准滚刀完全切削齿面时产生的加工误差略小。研究结果可为大变位柔轮滚齿精度控制研究及滚刀参数选择等提供重要参考。

航空弧齿锥齿轮低敏感度齿面优化设计

为了降低弧齿锥齿轮的齿面接触印痕关于安装距偏差(又称安装误差)的敏感度,需要开展某航空弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计。在轮齿承载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA)技术中,引入齿轮副的安装误差,形成了计及安装误差的轮齿接触分析(Error loaded tooth contact analysis,ELTCA)方法,基于ELTCA建立了齿面接触印痕与安装误差间的内在关系;借助接触印痕的量化描述,获得了齿面接触印痕关于安装误差的敏感度矩阵;基于局部综合法建立敏感度关于齿面接触参数的优化设计目标函数,形成弧齿锥齿轮的低敏感度齿面优化设计模型;采用神经网络与遗传算法进行求解,获得了低敏感度齿面的切齿参数;算例结果表明,优化后的齿面接触印痕关于安装误差的敏感度较优化前降低了78.87%。

点啮合齿面主动设计研究

论述了一种齿面主动设计的理论和方法，提供了详细的计算公式，并通过设计计算证明了该理论方法的有效性。齿面主动设计是对现行齿轮设计技术的重大革新和完善，它能按照要求的齿轮传动性能来设计齿面，这对于高速和重载齿轮以及有特殊要求的齿轮的设计具有十分重要的意义。

点啮合齿面主动设计理论和方法

齿面形状对齿轮传动的性能起着决定性的作用。现行齿轮设计技术只能在有限的几种模式中被动地选择齿面形式 ,这限制了齿轮传动性能的进一步提高。本文论述了一种齿面主动设计的理论和方法 ,提供了详细的计算公式 ,并通过设计、计算 ,证明了该理论方法的有效性。齿面主动设计是对现行齿轮设计技术的重大革新和完善 ,它能按照要求的齿轮传动性能来设计齿面 ,这对于高速和重载齿轮以及有特殊要求的齿轮的设计具有十分重要的意义。

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.

圆弧齿轮研究的进展

概述近年来我国在圆弧齿轮基础理论研究、设计与制造工艺等方面取得的进展,着重讨论圆弧齿轮的CAD/CAE技术、硬齿面加工技术和圆弧齿廓谐波齿轮传动,并探讨圆弧齿轮的发展趋势。

汽车驱动桥准双曲面齿轮齿面测量误差精确计算

为精确获取汽车驱动桥齿轮实际加工齿面的真实误差,改善汽车齿轮的齿面精度,结合汽车驱动桥齿轮在传动方面的优越性及其在机床调整计算、加工方法和齿面测量等方面的特殊性,对其齿面数控展成与数字化检测的运动关系进行了深入分析;鉴于汽车驱动桥齿轮齿面拓扑结构的复杂性,结合齿面误差计算原理,在实际加工齿面检测信息的基础上,提出了一种汽车驱动桥齿轮齿面误差的精确计算方法;最后,通过齿轮齿面加工测量结果的比对,验证了该齿面误差精确计算方法的正确性和有效性。

面齿轮传动全齿面闪温分布与抗胶合修形优化

为快速求解面齿轮传动的全齿面闪温分布,基于Blok闪温公式、齿面接触分析和承载接触分析技术,通过计算接触椭圆长轴离散点处的切向速度、综合曲率半径、载荷密度以及赫兹接触带半宽,建立了面齿轮传动全齿面闪温求解模型,并与带精英策略的快速非支配排序遗传算法相结合,以小轮修形曲线的8个参数为优化变量,以全齿面闪温最小为优化目标,建立了面齿轮传动抗胶合修形优化模型。算例分析结果表明:节线附近闪温近似为0℃;离节线越远,相对滑动速度就越大,闪温也越大,胶合失效最易发生在啮出的接触椭圆长轴上;优化小轮修形参数使全齿面的最大闪温下降了29.9%,从而提高了面齿轮传动的抗胶合能力。

基于计算机数字控制弧齿锥齿轮加工机床的准双曲面齿轮的制造

基于五轴联动数控铣齿机的概念模型,提出一种新的加工准双曲面齿轮主动设计齿面的切齿原理。推导出相应的切齿啮合方程、工件齿面二阶参数展成控制方程和工件齿深控制方程,并给出机床运动函数、刀盘中心速度以及刀尖半径的具体求解方法。在求解过程中,不涉及刀盘中心加速度以及更高阶运动参数的计算,可简化求解过程。使用该切齿原理进行切齿时,可在有效保证齿深的前提下,在切齿加工过程中实现对沿工件齿面设计接触迹线切矢和切齿接触线切矢两个方向上齿面二阶参数的精确控制。同时,该切齿加工理论还可以推广到其他多种复杂点啮合齿面的加工过程中。

双压力角非对称齿形直齿面齿轮副有限元应力分析

根据齿轮啮合原理,推导了双压力角非对称齿形面齿轮的齿面方程.在有限元软件ANSYS中建立了面齿轮副轮齿接触有限元分析模型.通过有限元接触压力计算结果与基于点接触Hertz理论接触压力计算结果的对比分析,确定了有限元模型的网格密度.由若干组算例的计算结果表明,适当增大工作侧齿面压力角可以明显降低面齿轮副接触压力和齿根弯曲应力,因此,非对称齿形设计可以获得更高的轮齿强度.

等基圆锥齿轮的齿面曲率分析

以数控加工技术和等基圆曲线齿锥齿轮理论为基础,导出了考虑齿线修形时,仿形加工等基圆锥齿轮的指状铣刀中心轨迹方程;确定了考虑齿廓修形时指状铣刀的廓线方程;导出了铣刀回转曲面的主曲率、主方向和任意方向的法曲率;按共轭曲面理论,由刀具曲面的几何结构和刀具与轮坯的相对运动,确定了被加工齿面的法矢、主方向、主曲率和任意方向的法曲率·为齿面啮合分析、修形设计及强度计算奠定了基础·

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。

成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计与理论检验

建立了准双曲面齿轮传动成形法大轮齿面的数学模型,该数学模型不包含机床调整参数,仅与齿轮和加工刀盘的几何结构参数有关。在大轮轴截面内描述空间齿面啮合的接触点迹线,根据点啮合齿面主动设计原理和方法,得到了成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计的计算公式。提出了一种检验点啮合齿面主动设计过程和结果正确性的理论方法,并提供了用于检验的计算公式。最后,给出了一个成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计与理论检验的算例。

芦苇收割机拨齿机构仿真设计

拨齿及传动装置是芦苇收割机中的关键部件。如何进行有效收割是芦苇收获的关键问题,而有效收割的关键是拨齿轨迹规划。通过对芦苇收割机的拨齿及运动机构进行研究,选择有急回特性的曲柄连杆机构来实现拨齿的弧形运动轨迹。依据收割需求,依据理论关系式计算出机构曲柄长度250 mm、摇杆长度330 mm、连杆长度690 mm和机架长度650 mm。然后,确定曲柄连杆机构驱动装置,考虑左右拨齿的曲柄转向相反、转速相同,且两曲柄始终保持180°角度差的联动要求,确定以相同尺寸链轮的链传动和相同尺寸齿轮的一级齿轮传动相互配合来实现该联动,根据需求,确定链和齿轮的关键尺寸。依据曲柄连杆、拨齿,以及链轮和齿轮尺寸,用Pro/E软件进行各零件绘制并进行装配,从而对设计机构进行运动仿真。通过参数调整,实现拨齿在连杆上的位置偏置75°时,有不错的收获效果,验证了设计的拨齿机构运动轨迹满足设计要求。该设计和仿真思路可对相关收获机的设计有一定的参考价值。

展成法大轮准双曲面齿轮点啮合齿面主动设计

为准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计建立通用的技术平台对于方便点啮合齿面主动设计的实际应用和更加深入的锥齿轮技术研究都是一项重要的基础工作。基于三轴联动锥齿轮机床建立准双曲面齿轮展成法大轮齿面的通用数学模型。根据点啮合齿面主动设计的原理和方法,在大轮轴截面内描述空间齿面啮合的接触点迹线,推导得到了展成法大轮点啮合齿面主动设计所需要的具体计算公式。这些公式可用于不同展成型式的展成法大轮点啮合齿面主动设计。最后,给出了一个展成法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计的算例。