钢/塑VH-CATT传动接触应力分析

对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮(VH-CATT)传动引入单个塑料齿轮后的最大接触应力在啮合过程中的变化规律进行了研究。基于该齿轮传动的齿面方程,建立了齿轮精确的三维模型。根据齿轮啮合原理,推导了该齿轮传动重合度的计算方法,并分析了齿轮啮入到啮出整个啮合过程啮合对数的变化规律。应用Abaqus分析了齿轮啮合过程中最大接触应力变化规律,分析结果表明:在啮合过程中,随着转动角度的变化,最大接触应力呈现先增大后减小的变化趋势,数据拟合数值后为一条上凸的曲线,且在啮合对数变化时,应力变化也较大;对比了不同材料下齿轮变形协调关系,塑料齿轮适用中小载荷的场合;分析了不同转矩条件下最大接触应力的变化规律,随着转矩的增大,最大接触应力峰值增大,且增大趋势逐渐放缓;分析了不同齿线半径条件下最大接触应力的变化规律,随着齿线半径的增大,最大接触应力峰值减小,且减小趋势近似呈线性。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮功率损失研究

齿轮在实际运行时的功率损失是影响其传动效率的重要因素。结合流体力学理论,根据变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮结构及传动特点,建立以FZG齿轮箱为参照的三维模型,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对气-液两相流下VH-CATT圆柱齿轮功率损失进行仿真分析。得到了气液两相流作用下齿轮箱内部润滑油与空气的流场及速度场,研究不同转速、不同润滑油、不同浸油深度对VH-CATT圆柱齿轮的功率损失的影响机理,并通过FZG试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:转速越高齿轮功率损失也越大;高黏度的润滑油具有更强的拖曳能力,使得齿轮功率损失更大;功率损失受浸油深度的影响呈正相关,选取适当的润滑油液位可以使得齿轮获得更好的润滑效果,产生较小的功率损失。

VH-CATT啮合过程弹流润滑最小油膜厚度分析

基于变双曲圆弧齿线圆柱齿轮(VH-CATT)的齿面方程,利用齿轮啮合原理进行啮合过程中的齿面接触分析,得到VH-CATT齿轮副凹、凸齿面啮合过程中各啮合点的位置分布。根据齿轮几何学原理,推导出VH-CATT齿轮副凹、凸齿面各啮合点处的主曲率、卷吸速度等弹流润滑重要参数的计算公式。采用Downson-Higginson最小油膜厚度模型进行VH-CATT啮合过程弹流润滑最小油膜厚度分析,得到齿轮副在不同齿轮设计参数下啮合过程中弹流润滑最小油膜厚度的变化规律。理论分析表明,VH-CATT主动轮(凹齿面)齿根处与从动轮(凸齿面)齿顶处润滑情况最差,此处最易出现齿面摩擦磨损失效;输入转速增加,最小油膜厚度大幅增加,润滑性能得到提升;输入载荷增加,最小油膜厚度略微减小,齿轮具有抗冲击载荷的特性;压力角增加,最小油膜厚度增加,润滑性能与承载能力得到提升;齿线半径增加,最小油膜厚度轻微减小,选用合理的刀盘半径加工该齿轮有利于提高润滑性能。研究结果为VH-CATT润滑设计、磨损量计算提供了一定的理论依据。

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。

圆弧齿线圆柱齿轮的改进加工方法

在分析圆弧齿线圆柱齿轮成型原理及现有加工方法的基础上,结合普通旋转刀盘铣削加工原理,提出了一种改进的双刃铣削加工方法,得出了该方法工艺更先进,生产效率更高的结论。

圆弧齿廓圆弧齿线圆柱齿轮建模及承载能力分析

圆弧齿线圆柱齿轮是一种采用标准圆弧齿廓刀齿及铣刀盘加工的具有凸凹形曲线齿圆柱齿轮。这种齿轮的齿线为圆弧,且具有关于齿宽中央截面对称的特点。根据弧齿锥齿轮的铣齿加工原理,建立了圆弧齿廓圆弧齿线圆柱齿轮齿面数学模型,并依此建立了双圆弧齿廓及四圆弧齿廓圆弧齿线圆柱齿轮三维实体模型。最后利用有限元分析软件对齿轮进行了接触应力分析,得到了齿面接触应力云图,结果显示四圆弧齿轮的齿面接触应力约为双圆弧齿轮的80%。研究结果可为圆弧齿廓圆弧齿线圆柱齿轮的设计应用提供理论依据。

圆弧齿线双圆弧齿轮的切齿试验研究

现代工业的发展对齿轮传动的要求日益提高,促使人们不断开发新齿形。圆弧齿线双圆弧齿轮是采用双圆弧齿轮的齿廓和圆弧齿线圆柱齿轮的齿线而形成的新型齿轮,独特的凸凹啮合齿线和凸凹啮合齿廓,使其齿面接触强度和轮齿弯曲强度都得到了很大提高,应用前景十分广阔。文中论述了该齿轮的传动特点和展成原理,分析了在滚齿机上的加工方案,并经切齿试验论证。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面曲率特性研究

齿轮副共轭齿面间的曲率关系是表征齿轮传动质量好坏的重要参数,对齿面诱导法曲率、接触区形状、接触特性、润滑特性、磨损和齿面压应力都有直接的影响。作者基于变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程对其曲率表达式进行推导并研究了其变化规律。首先根据大刀盘加工原理,利用坐标变换得到了变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的齿面方程。基于得到的齿面方程,利用微分几何和空间啮合原理对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率的数学表达式进行了推导。根据所推导的数学方程利用计算机软件得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副的齿面数据点,并对该齿轮副的主曲率、高斯曲率、平均曲率和诱导法曲率进行了仿真分析,得到了在啮合过程中齿轮曲率的变化规律。通过仿真结果可知齿轮副的凹、凸齿面在齿线方向的主曲率变化趋势是一致的,但略有差异;在齿廓方向主曲率都在逐渐增大,但增加幅度恰好相反,并且主曲率的变化趋势与齿形的凹凸性是一致的。齿轮副的高斯曲率和平均曲率都很小,在啮合过程中变化幅度很小,没有发生突变,这就证明了该齿轮副的光滑程度很高,齿面连续。诱导法曲率在齿线方向的主值很小,基本接近于0,在齿廓方向的主值为负值,从而证明了该齿轮副在啮合过程中没有干涉现象发生。通过曲率研究证明了该齿轮传动性能很好、传动平稳,同时也为该齿轮后续的研究、开发和设计提供了一定的研究基础。

圆弧齿线圆柱齿轮啮合接触冲击研究

以圆弧齿线圆柱齿轮为研究对象,为了获得圆弧齿线圆柱齿轮的啮合接触冲击特性。基于接触动力学相关理论和齿轮传动物理模型,提出了圆弧齿线圆柱齿轮传动啮合接触冲击的假说,并建立齿轮啮合接触冲击模型;给出可以解决冲击碰撞问题的有限元分析方法,通过圆弧齿线圆柱齿轮齿面数学模型建立精确三维数字样机,进而建立啮合接触冲击显示动态有限元模型,研究冲击速度、冲击位置与冲击应力、冲击合力以及冲击时间的关系。研究表明冲击速度和冲击位置的变化对冲击应力、冲击合力和冲击时间均产生了一定的影响。研究结果为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。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动态接触特性分析

为研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动态接触特性,利用基于旋转刀盘加工原理得到的齿面方程,运用MATLAB与UG建立精确的齿轮三维模型,运用ANSYS LS-DYNA分析得到该齿轮齿面在啮合过程中的动态接触应力。通过研究不同齿线半径变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态接触应力,得到齿线半径对该齿轮动态啮合特性的影响规律。通过研究不同压力角变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态接触应力,得到压力角对该齿轮动态啮合特性的影响规律。通过研究不同载荷下该齿轮的动态接触应力,得到载荷对该齿轮动态啮合特性的影响规律。分析结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的设计及工程应用提供参考。

面向制造的弧齿线圆柱齿轮建模及动力学分析

以弧齿线圆柱齿轮为研究对象,在分析弧齿线圆柱齿轮加工工艺的基础上,利用UG/Open grip语言进行二次开发,实现了面向制造的弧齿线圆柱齿轮的参数化建模。借助ADAMS软件对不同齿线半径的弧齿线圆柱齿轮齿轮副进行动力学分析,揭示了齿线半径对弧齿线圆柱齿轮啮合力的影响规律,得到了弧齿线圆柱齿轮齿轮副平均啮合力随齿线半径的变化规律曲线。当齿线半径满足条件1.7b≤R≤2.3b时,弧齿线圆柱齿轮的平均啮合力达到最优。研究结果为弧齿线圆柱齿轮将来的设计及工程应用提供了理论依据。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮精确三维建模研究

为了进一步研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的啮合及传动特点,以变双曲圆弧齿线圆柱齿轮作为研究对象,通过对其成型理论的分析,得到了齿面方程、齿根过渡曲面方程,利用数值仿真软件得到工作齿面和过渡齿面的齿面点云;根据得到的点云文件,结合三维辅助设计软件实现变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的精确建模;进行数字滚检实验方法检查模型的接触区域。将建好的精确模型利用桌面级3D打印机打印出来,验证利用精确模型进行试件加工的可行性。为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮后续有限元研究和专用机床设计及理论研究提供了可靠的理论基础。

含几何偏心误差的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮动力学分析

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮作为一种新型传动方式,为研究几何偏心误差对其传动精度的影响规律,利用基于旋转刀盘加工原理得到的齿面方程,运用MATLAB与UG建立起精确的含几何偏心误差的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的三维模型,运用ADAMS分析得到该齿轮在啮合过程中的转角误差变化规律。得到了其几何偏心误差对传动精度的影响规律,将仿真分析结果与理论计算结果进行对比,得到理论几何偏心误差计算值与实际几何偏心误差仿真计算值相对偏差量较小。验证了基于ADAMS动力学分析齿轮几何偏心误差的可行性,同时验证了传统理论计算法在变双曲圆弧齿线圆柱齿轮上应用的正确性。得到通过测量齿轮间的动态传递误差可以来间接计算变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的几何偏心误差值。

面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮啮合接触冲击力研究

啮合接触冲击对圆弧齿线圆柱齿轮的传动性能有着较大的影响。文中分析了圆弧齿线圆柱齿轮的加工方法,给出了面向制造的圆弧齿线圆柱齿轮齿面方程,建立了齿轮精确三维数字模型。运用ANSYS/LS DYNA软件分析不同冲击位置(齿顶、分度圆、齿根附近发生啮合接触冲击)和冲击速度对齿轮径向、切向、轴向啮合冲击力的影响规律。结果表明:冲击速度和冲击位置对径向、切向冲击力有较大的影响,但对轴向冲击力基本无影响。研究结果为圆弧齿线圆柱齿轮将来的设计及工程应用提供了理论依据。

计及误差理论的变双曲圆弧齿线圆柱齿轮几何接触特性及敏感性分析

齿轮传动特性是齿轮传动中最为重要的研究内容之一,而接触特性是影响齿轮传动性能的重要因素,齿面接触分析(TCA)模型的建立对分析齿轮副接触特性具有指导作用。通过大刀盘成形原理得到变双曲圆弧齿线圆柱齿轮刀具回转面方程,基于齿轮啮合条件建立了该齿轮的齿面数学模型。考虑安装误差对齿轮接触性能的影响,建立了含有安装误差的TCA模型,分析了不同安装误差和设计参数对齿轮副几何接触特性及敏感性的影响。结果表明:中心距误差会对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副重合度产生影响;平行度误差对其传动特性影响很大,极大程度上改变了齿轮副接触区域的大小和位置;设计参数对齿轮接触区域大小及位置也会造成不同程度的影响。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面重构与误差分析

为建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的数字化模型,提出一套基于NURBS的曲线曲面数字化造型方法。利用基于啮合原理推导的齿面方程获得齿面数据点,对这些数据点进行双三次NURBS齿面重构,建立相应齿面的三维参数化模型,最后对参数化模型进行误差分析。基于实例,探究型值点、首末端切矢以及切矢模长的选取对重构齿面拟合误差的影响。重构后的齿面拟合误差在mm的数量级,满足工程使用要求。此三维实体模型构建方法的提出为针对该齿轮的RTCA及LTCA的研究奠定了一定的基础。

椭圆弧齿线圆柱齿轮加工方法分析与加工仿真

在分析现有圆弧齿线圆柱齿轮基础上,阐述了一种渐开线椭圆弧齿线圆柱齿轮的主要几何参数:齿廓为渐开线齿廓,任意垂直轴线的截面上周向齿厚、周向齿槽宽、分度圆处的压力角相等,齿线在分度圆柱面上的展开线是对称椭圆弧。推导了齿轮齿面方程、端面齿廓方程和接触线方程。提出了倾斜式旋转刀盘齿轮加工方法,利用VERICUT建立齿轮专用加工刀具模型,对椭圆弧齿线圆柱齿轮进行仿真加工,利用仿真后得到的齿轮模型进行了齿轮副接触线特性分析。结果表明,椭圆弧齿线圆柱齿轮副可以实现全齿宽线接触,验证了加工方法的可行性,为渐开线椭圆弧齿圆柱齿轮的加工和应用提供基础。

圆弧齿线圆柱齿轮弯曲失效试验研究

本文通过6对齿轮试件的弯曲疲劳运转试验,分析了圆弧齿线圆柱齿轮几种典型的弯曲失效形式,断齿失效机理及不同因素对轮齿弯曲强度的影响,并提出了提高该齿轮承载能力的措施。

圆弧齿线圆柱齿轮减速器设计及传动性能分析

为了比较圆弧齿线圆柱齿轮与传统齿轮传动性能的优劣,根据ZQA50型渐开线斜齿轮减速器结构参数,对圆弧齿线圆柱齿轮减速器进行了结构设计,并建立了ZQA50型渐开线斜齿轮减速器和圆弧齿线圆柱齿轮减速器三维模型。利用UG/Open grip,二次开发了圆弧齿线圆柱齿轮三维模型;通过圆弧齿线齿条和毛坯之间的运动,完成了齿轮的切制,进而利用有限元分析了两种减速器传动性能的优劣。研究结果表明:圆弧齿线圆柱齿轮接触区域在齿宽中截面附近,重合度大;圆弧齿线圆柱齿轮接触最大应力比传统齿轮最大应力小;传动轴上应力的大小满足强度设计要求,即圆弧齿线圆柱齿轮传动性能比传统齿轮优越。

偏心激励下平行连杆加工的圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性研究

以基于平行连杆加工的圆弧齿线圆柱齿轮为研究对象,利用UG NX10. 0建立存在偏心误差的圆弧齿线圆柱齿轮三维模型,利用Adams建立考虑偏心激励的圆弧齿线圆柱齿轮动力学模型,对传动系统主动轮存在偏心、从动轮存在偏心以及主从动轮均偏心等3种工况进行仿真,获取偏心激励下圆弧齿线圆柱齿轮的啮合特性。研究结果表明,3种工况传动系统啮合力均呈现周期性变化;最大啮合力、平均啮合力和啮合力均方根均随齿轮偏心量增加而增加,啮合过程中的冲击越大,平稳性越差。研究结果为圆弧齿线圆柱齿轮的设计和应用提供了理论基础。