Study for the Forming Principle of Logix Gear Tooth Profile and Its Mesh Performance

In recent years, a new type of gear named Logix gea r was developed. Actually, the tooth profile of this new type of gear is composed of lots of micro-segment involute curves, and on the profile, there exist lots of points, which their relative curvatures are equal to zero. This can result in the sliding coefficient smaller between two meshed Logix gears, and the mesh ch aracteristic becomes almost rolling transmission from sliding transmission accor dingly. So, this new type of gear has lots of advantages such as higher contact intensity, longer useful life and can easily realize power transfer of bigger tr ansmission ratio than standard involute gear. Study results showed that the cont act fatigue strength is 3 times larger, the bend fatigue strength is 2.5 times l arger, and the minimum tooth number can be decreased to 3, much smaller than tha t of standard involute gear. In this paper, following studies had been done: 1) The formation principle of Logix gear tooth profile was studied. The theoreti cal models describing the geometrical formations of this type of gear and its re lative Logix rack had been deduced. 2) While cutting a Logix gear, its tooth profile is decided by its normal tooth profile of Logix rack. Besides the basic parameters of standard involute gear, L ogix rack has its own specific parameters such as preliminary pressure angle, re lative pressure angle, and preliminary referential circle radius etc. So, the in fluence of connatural parameters of Logix rack on the tooth profile of Logix gea r had been farther studied. Reasonable selection for these parameters had been d iscussed. 3) Several kinds of transition curves for gear’s tooth profile had been introdu ced, its selection used by Logix gear had been described, and also its mathemati cal description model had been deduced. 4) The mesh theories of Logix gears had been developed. It had been proved that the transmission performance between Logix gears coincides with E-W theorem as that of ordinary standard involute gears. The formula calculating superposition coefficient was deduced according to its definition. Different from standard inv olute gears, the parameter of gear number has no effect on the superposition coe fficient of the Logix gears. Accordingly, bigger ratio transmission can be acqui red by means of decreasing the gear number, and its minimum gear number can be r eached to 3, much smaller than the minimum gear number of ordinary standard invo lute gear: 14～17. This is very important to realize the miniaturization of prod uction design. 5) The CAD special software was developed to design all kinds of Logix gears, an d a solid design example was offered. To sum up, by means of above study, the system info about Logix gear had been de veloped and enriched. This has most significant impact on its widely promotion a nd practical application, on the improvement of carrying capacity, miniaturizati on, and life of kinetic transmission products.

Effect analysis of friction and damping on anti-backlash gear based on dynamics model with time-varying mesh stiffness

A nonlinear model of anti-backlash gear with time-varying friction and mesh stiffness was proposed for the further study on dynamic characteristics of anti-backlash gear. In order to improve the model precision, applied force analysis was completed in detail, and single or double tooth meshing states of two gear pairs at any timing were determined according to the meshing characteristic of anti-backlash gear. The influences of friction and variations of damping ratio on dynamic transmission error were analyzed finally by numerical calculation and the results show that anti-backlash gear can increase the composite mesh stiffness comparing with the mesh stiffness of the normal gear pair. At the pitch points where the frictions change their signs, additional impulsive effects are observed. The width of impulsive in the same value of center frequency is wider than that without friction, and the amplitude is lower. When gear pairs mesh in and out, damping can reduce the vibration and impact.

双曲型法向圆弧齿轮传动的动力学分析

为探究啮合刚度、传动误差及侧隙对双曲型法向圆弧齿轮传动动态响应的影响,建立齿轮副的动力学方程,并在数值计算的基础上进行仿真分析。运用有限元方法,计算接触位置处的载荷及变形,并对时变啮合刚度、静态传动误差和侧隙进行量化分析。仿真结果表明:对振动位移响应影响最大的是侧隙,其次是时变啮合刚度;对动态啮合力影响最大的则是时变啮合刚度和侧隙。

Finite element modeling and analysis of planetary gear transmission based on transient meshing properties

Planetary gear trains are widely applied in various transmission units.Whether strengths of all gears are accurately calculated or not can affect reliability of the entire system significantly.Strength calculation method for planetary gear trains usually follows the method for cylindrical gears,in which the worst meshing positions for both contact stress and bending stress cannot be determined precisely,and calculation results tend to be conservative.To overcome these shortcomings,a kinematics analysis for a planetary gear train is firstly performed,in which the influence of relative speed is investigated.Then the finite element strength analysis of a planetary gear train based on its transient meshing properties is carried out in ANSYS.Time–history curves of contact and bending stresses of sun gear,planetary gears and ring gear are respectively obtained.Also the accurate moment and its corresponding position of the maximum stress are precisely determined.Finally,calculation results of finite element method(FEM)and traditional method are compared in order to verify the effectiveness.Simulation and comparison show the stability of the proposed method in this paper.Researches in this paper establish the foundations for fatigue analysis and optimization for a planetary gear train.

考虑点蚀情况的双渐开线齿轮动态特性研究

齿轮是机械传动系统的核心部件,点蚀与磨损是其主要失效的形式。为解决齿轮发生点蚀失效时双渐开线齿轮的时变啮合刚度与动态特性不明这一问题,采用接触线百分比法求解了发生点蚀时双渐开线齿轮的啮合刚度,并利用有限元法验证了算法的正确性。首先,对不同点蚀情况进行了分类,分析了不同点蚀数量对双渐开线齿轮接触线长度的影响;然后,基于接触线百分比法,利用轮齿载荷与轮齿变形的比值关系求解了不同点蚀情况下齿轮的啮合刚度,采用有限元法验证了算法的正确性,并对比分析了点蚀对双渐开线与普通渐开线齿轮啮合刚度的影响;最后,建立了两种齿轮的柔性多体动力学模型,基于冲激函数法分析了两种齿轮在不同点蚀情况下的动力学特性。研究结果表明:相同工况条件下,随着点蚀程度的加深,两种类型齿轮啮合刚度均不断减小,动态啮合力及振动角加速度幅值增加,其中双渐开线齿轮啮合力最大值为1.24×10^(5)N,角加速度最大值为2.66×10^(6)°/s^(2);相比于普通渐开线齿轮,双渐开线齿轮在点蚀影响下的啮合刚度变化更稳定,加速度幅值波动更平缓,具有更好的抵抗冲击能力和动力传递稳定性。

考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性研究

针对目前双渐开线齿轮(DIG)研究过程中齿廓磨损对双渐开线齿轮动态特性的影响问题,对考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性进行了研究。首先,进行了双渐开线齿轮接触线长度与齿面载荷计算,考虑相对滑移距离,建立了等效接触模型;然后,进行了双渐开线齿轮齿面累积磨损量、齿轮齿面累积磨损深度的计算,建立了双渐开线齿轮啮合刚度计算模型,进行了磨损故障的双渐开线齿轮刚度的计算;最后,以一对双渐开线齿轮为研究对象,采用集中质量法建立了6自由度动力学模型,研究了齿面磨损对双渐开线齿轮动力学特性的影响。研究结果表明:在运行1×104次载荷循环后,混合弹流润滑状态下,双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮(CIG)在节线附近齿根位置的最大累计磨损量差值为0.00207μm,且双渐开线齿轮节线靠近齿顶位置的磨损小于普通渐开线齿轮的磨损;双渐开线齿轮系统在磨损后振动加速度幅值小于普通渐开线斜齿轮的幅值。通过对不同磨损情况下的时域响应进行研究,发现磨损导致双渐开线齿轮传动系统的振动幅值增大。

考虑齿廓修形的行星齿轮传动系统动力学特性研究

基于对行星齿轮传动系统高传动效率和低噪音等要求,以行星齿轮传动系统为研究对象,采用集中参数法建立了考虑偏心误差和安装误差的斜齿行星齿轮传动系统的弯⁃扭⁃轴耦合动力学模型,利用四阶Runge⁃Kutta法求解动力学方程得到行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数等动态特性,并以此为评价指标展开行星齿轮的修形研究。建立了齿廓修形后的齿面方程和考虑齿面修形的动力学方程,研究不同修形量的行星齿轮传动系统动态特性变化。研究结果表明,随着修形量的增大,行星齿轮的动态啮合力、动态传动误差和动载系数都有不同程度的降低,降到最低值后又开始增大,最终确定齿轮的合理修形量。经过整机性能测试发现合理修形下的行星减速器振动噪声降低、传动性能提升,为行星齿轮传动系统的减振降噪、传动效率提升设计提供了理论支撑。

螺旋锥齿轮传动系统啮合错位分析方法

准确分析载荷作用下螺旋锥齿轮传动系统啮合错位情况是进行齿轮齿形优化设计的基础。当传动轴结构复杂时采用梁单元模型求解轴的变形差异较大,会导致齿轮副啮合错位分析不准确,针对这一问题,文章提出一种基于实体有限元法的分步螺旋锥齿轮传动系统啮合错位分析方法。首先,建立传动轴实体有限元模型,并将轴承刚度耦合于传动轴上;其次,在齿轮轴上施加等效齿轮副啮合力分析轴变形情况;再次,结合主被动齿轮轴的变形情况分析齿轮副的啮合错位量;最后,考虑齿轮副的啮合错位状态构建轮齿的加载接触分析有限元模型,分析齿轮副的啮合印痕偏移及传动误差变化情况。将该方法与构建的包含齿轮、轴和轴承的传动系统全有限元分析模型进行了对比,表明采用该方法分析得到的齿轮副啮合错位状态与全有限元模型十分吻合、分析效率显著提升。

计入线外啮合的弧齿锥齿轮变速工况动力学分析

针对弧齿锥齿轮副的稳态和变速瞬态工况进行了研究。在稳态工况下,研究发现到齿轮副的振动位移、速度和动态啮合力表现出周期性波动的特征;在啮合周期的起始和结束位置,存在振动冲击现象;在时域分析中,动态啮合力的主要振幅在啮合频率(1916Hz)及其多个倍频处,最大振幅出现在5倍啮合频率处。在变速瞬态工况下,模拟了主动轮的匀速变速过程,观察了主动轮角速度随时间的变化。结果显示,变速瞬态引发更大振幅和动态啮合力波动。

直线共轭内啮合齿轮传动的齿形参数研究

针对直线共轭内啮合齿轮副的特性,参照渐开线齿轮传动定义了直线齿廓外齿轮的基本参数,讨论了齿顶半角、压力角和最小齿数的关系,分析了直线齿廓上的压力角随齿高的变化规律,提出了直线共轭变位传动的概念。在此基础上,对齿廓上的啮合极限点进行了研究,计算了直线齿廓上可以参与啮合的线段长度。通过研究齿廓线段与对应啮合转角之间的关系,推导了重合度计算公式,保证在齿形参数设计时满足连续传动的要求。最后通过内啮合齿轮泵的工程实例,验证了直线共轭内啮合传动的齿形参数设计方法和齿轮副的啮合传动性能。

齿轮传动系统建模与典型界面传递特性研究

随着车辆齿轮传动系统向着高速、重载和大功率的方向发展,结构日趋复杂,运行工况多变,极易发生零部件损伤故障,影响系统运行可靠性。建立准确的齿轮传动系统模型,研究系统典型界面传递特性变化规律,是系统故障检测和定位的关键技术基础。本文综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙及轴承支承刚度等关键影响因素,建立定轴齿轮传动系统非线性动力学模型,结合振动特性试验测试,有效验证齿轮传动动力学建模的准确性;然后针对齿轮啮合界面和轴承界面,构建典型界面力模型,以振动信号传递的衰减系数量化表征传递特性,开展典型界面振动传递的仿真和试验研究,揭示振动信号在齿轮传动系统传递的本质规律,为车辆齿轮传动系统故障检测中传感器测点布置提供有力的理论和技术支撑。

机械式变速器齿轮啮合周期接触载荷及应力分析

当机械式变速器齿轮存在边缘接触时,就会产生一定的干扰信号,严重影响其啮合周期接触应力的分析效果。为此,提出机械式变速器齿轮啮合周期接触载荷及应力分析。通过Pro/E建模软件对齿轮展开参数化建模处理,定义齿轮的接触属性,施加接触载荷,从静态和动态2方面对齿轮啮合周期接触应力进行分析,计算齿轮不同状态下的接触应力。静态下的齿轮啮合接触可直接输出分析结果;对于动态下的齿轮啮合接触,首先需要确定每一帧变化的最大等效应力,然后完成整体应力分析。实验结果表明:在齿轮存在边缘接触的情况下,此方法的计算时间在100 s以内,最高计算误差为1.7%,应力变化模拟较准确,抗干扰性较强。

计入齿形误差的直齿圆柱齿轮传动特性研究

针对齿轮齿廓修形和齿形磨损产生的齿形偏差,提出了一种改进的解析啮合刚度和准静态传动误差模型,该模型基于转动位移协调原理,考虑了齿轮啮合过程中角接触和结构耦合的影响。通过与有限元法计算结果的比较,验证了所建立模型的正确性。在该模型的基础上,研究了齿形误差和齿形磨损对啮合刚度和准静态传动误差特性的变化规律。结果表明,两种齿形偏差对啮合刚度和准静态传动误差的极限值和分布均有显著影响,且随着齿形磨损程度的增大,齿形磨损对啮合刚度和准静态传动误差的影响更大。

面齿轮副齿面磨损动态响应及其典型特征分析

为了揭示齿面磨损对面齿轮传动的影响,提出了一种结合黏着磨损公式的面齿轮副齿面接触分析方法。通过齿面接触分析得到面齿轮副接触椭圆离散点上的相对位移及接触应力,再根据黏着磨损公式可以定量得到齿轮的磨损深度;编写了含磨损的面齿轮副齿面坐标,并在ABAQUS软件中计算了不同磨损下系统的啮合刚度;将齿面磨损等效为齿面偏差,讨论了不同磨损对静态传递误差的影响;对比了面齿轮副在正常和磨损时的动态响应,分析了转矩对磨损的影响。结果表明:齿面磨损主要影响啮合刚度和静态传递误差的幅值,并且会导致加速度与啮合力幅值的快速增长;转矩的增大会引起磨损加重;相比于无量纲统计指标,加速度均方根对于磨损故障更敏感。

支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响研究

支承刚度对自动变速器齿轮副的啮合质量有着重要影响,研究支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响具有重要意义。以某七挡双离合自动变速器的一挡斜齿轮副为研究对象,建立了2种不同支承刚度的齿轴系统刚柔耦合模型,分析了不同工况下支承刚度对斜齿轮副啮合特性的影响规律;通过FCL-250H齿轮精测试验台得到有/无磷酸锰转化涂层齿轮的齿形齿向参数,并将其代入有限元模型进行仿真分析;进行齿轮接触疲劳点蚀实验,对比齿面涂层处理前后齿轮的接触疲劳寿命,并从齿轮表面形貌、动力性能及跑合性能等角度进一步揭示了涂层的强化机理。研究结果表明:齿轴跨度增大,支承刚度减小,则齿轮单位长度所受最大载荷和啮合错位量对输入扭矩的变化更为敏感;有涂层齿轮跑合后更有利于啮合,其疲劳寿命得到提高。研究结果为汽车自动变速器齿轮传动系统的结构优化和齿轮疲劳寿命的提高提供了参考。

基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析

针对在多工况、多不确定性参数所形成的大数据下齿轮传动系统啮合接触特性分析困难的问题,提出了一种基于数据挖掘技术的齿轮传动系统啮合接触特性分析方法。基于多维高斯分布原理与齿轮传动系统有限元模型,构建了系统啮合接触特性数据集;采用最大信息系数分析了各系统参数与啮合接触特性之间的相关性,为预测模型提供了候选特征子集;采用支持向量机和随机森林算法建立了系统啮合接触特性预测模型,实现了对系统啮合接触特性的高效预测。结果表明,基于支持向量机算法的预测模型的预测误差最小,平均绝对百分比误差为3.87%,远小于理论计算误差。其中,在最优特征子集下,基于支持向量机算法的预测模型的各项接触特性预测误差指标显著下降,其平均绝对百分比误差降至3.03%,比优化前的接触特性预测误差减小了21.71%,验证了所提方法的精确性与有效性。

啮合错位对高速齿轮传动振动响应的影响

齿轮传动过程中由于装配误差及受载变形等容易产生啮合错位,非正常啮合状态将会影响系统动态特性,特别是对于航空高速齿轮传动,微小的错位可能也会导致系统动态性能急剧下降。本文基于多体动力学建模理论及方法,对轴系及齿轮进行超单元缩聚,根据轴系之间运动、载荷耦合关系,在各缩聚点施加载荷及约束,最终建立全柔体单级航空直齿轮传动系统动力学模型,研究了齿轮啮合角度错位对系统动态特性的影响。研究结果表明:齿轮啮合错位对系统动态性能影响显著,齿轮副啮合力、接触应力及传动误差峰峰值随错位角度增大呈增大趋势,错位后系统振动响应及动应力明显增大。

基于动态滑动摩擦因数齿轮副啮合效率研究

为了研究齿轮副在实际工况下的啮合效率,对齿轮副接触面进行受力和运动学分析,结合弹流润滑理论对齿轮副的润滑状态进行判断,建立了在弹流润滑和混合润滑状态下的动态摩擦因数数学模型,得到齿轮副沿啮合线不同啮合位置的摩擦因数;从受力的角度出发,推导出齿轮副啮合效率计算式,引入动态滑动摩擦因数,得到符合实际工况的齿轮副啮合效率;结合Matlab仿真分析软件,分析了传动比和小齿轮齿数对滑动摩擦因数及齿轮副啮合效率的影响。结果表明,基于动态滑动摩擦因数的齿轮副啮合效率计算方法与实际工况具有良好的一致性,对齿轮传动设计具有一定的指导意义。

混合动力变速箱齿轮的修形与仿真研究

为了解决混合动力变速箱齿轮副在实际工作过程中出现的偏载现象,针对某混合动力轻卡变速箱减速齿轮副出现的齿轮偏载问题,通过齿轮分析软件Romax对啮合的斜齿轮进行三维建模,在运行设定的混合动力变速箱常用工况下对其中一对齿轮副进行仿真分析,并使用二代遗传算法进行了齿轮修形。修形结果表明,在不同工况下齿轮副的传动误差值、齿面接触载荷以及最大接触应力均有所减小,齿面偏载情况得到改善;齿轮啮合性能以及寿命得到了提高。研究为混合动力变速箱齿轮修形提供了理论参考。

章动式双圆弧螺旋锥齿轮齿面曲率与运动特性研究

为了准确评估章动式双圆弧锥齿轮副两处啮合区域之间的啮合特点和差异,对表征齿轮传动质量好坏的曲率和相对运动参数进行了理论计算研究。首先,基于齿轮空间啮合原理,推导了双圆弧内、外锥齿轮的齿面参数方程;接着,在此基础上建立了章动传动啮合坐标系,采用齿面接触分析(TCA)方法,得到了无装配误差情况下接触点的运动轨迹;然后,根据微分几何理论推导出了接触点处各类曲率和速度的数学表达式,并根据赫兹(Hertz)弹性接触理论确定了齿面接触区形态;最后,采用算例分析了接触点的主曲率、诱导法曲率、卷吸速度、相对滑动速度和滑滚比等变化趋势及其反映的特性。研究结果表明:椭圆长轴方向诱导法曲率接近0,短轴方向诱导法曲率绝对值较小,由齿面公法矢量方向可知,两啮合区域在传动过程中不发生曲率干涉现象,且具有良好的接触强度;相对滑动速度远小于卷吸速度,这有利于减小磨损;两区域的滑滚比均趋近0,表明传动接近纯滚动;瞬时接触点和齿面接触区均位于啮合齿面中部并沿整个齿宽方向分布,有限元结果与理论计算结果一致。该研究结果可为章动式双圆弧锥齿轮的弹流润滑和磨损分析提供理论基础。