弧齿锥齿轮齿面建模和参数化设计系统软件开发

基于弧齿锥齿轮的复杂齿面设计和实际啮合情况,提出一种利用齿廓成型刀具的齿廓建模方法,能有效实现弧齿锥齿轮齿廓的精确建模.以弧齿锥齿轮为主要建模对象,提出自动化建模及装配方法,开发一种参数化设计系统软件.该软件能够实现弧齿锥齿轮的自动化快速建模和装配,缩短建模时间,提高设计质量与效率,有助于推动产业数字化转型,发展高端装备制造业.

弧齿锥齿轮小轮温滚轧数值模拟及工艺参数优化

针对弧齿锥齿轮现有的工艺加工效率低、疲劳强度不足的问题,提出了一种弧齿锥齿轮小轮温滚轧成形数值模拟和参数优化方法。基于deform-3D有限元仿真软件分析了温滚轧过程中摩擦因子、进给速度、初轧温度等工艺参数对小轮温滚轧成形应力应变的影响规律,结合正交试验完成了工艺参数优化。采用最佳工艺参数组合开展了小轮温滚轧成形试验,对弧齿锥齿轮小轮进行了齿面和齿距检测。结果表明:凸面和凹面总偏差分别为14.4μm、14.1μm,齿距累计总偏差分别为57.0μm、56.3μm,精度等级达到了GB 8级,齿轮的齿面和齿距精度满足热处理后的磨齿加工需求。

高接触比螺旋锥齿面修形方法及动态特性研究

为抑制高接触比螺旋锥齿轮传动的振动,提出一种新的高阶齿面修形方法。根据高接触比螺旋锥齿轮的啮合特点,提出一种新的修形曲线,采用辅助齿面修形方法生成高阶修形螺旋锥齿轮。在考虑齿变形的情况下,计算了高阶修正弧齿锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击,在此基础上建立了降低高接触比螺旋锥齿轮传动的载荷传递误差和啮合冲击的优化模型。仿真结果表明:与二阶修形弧齿锥齿轮相比,高阶齿面修形方法不仅可以有效降低高接触比螺旋锥齿的载荷传递误差、啮合冲击和动态负载系数,而且可以提高其在全速范围内的动态性能。

弧齿锥齿轮动力特性分析及其神经网络控制

针对含间隙锥齿轮系统动力学特性转迁及其控制问题,提出了基于胞元映射理论的参数解域结构和基于径向基函数神经网络的控制方法。采用集中质量法建立了7自由度弧齿锥齿轮动力学模型,基于胞元映射理论构建了频率和负载参数平面,采用伪不动点延续追踪算法求解了系统的分岔、齿面冲击、脱啮、齿背接触和动载特性转迁规律,分析发现频率和齿面冲击是影响周期分岔的主要因素,随负载增大其脱啮、冲击减弱,动载系数增大。针对平面中系统混沌现象,设计了参数反馈控制器、基于Poincaré截面欧氏距离构造适应度函数,用自适应引力搜索算法对控制器参数进行优化,从而实现了系统混沌、拟周期和周期运动向周期轨道有效控制。

等距螺旋锥齿轮的精确建模与金属粉末注射成型工艺试制

等距螺旋锥齿轮作为一种新型锥齿轮,其螺旋齿面具有法向等距的特点,适用于金属粉末注射成型工艺批量化生产。根据坐标变换理论推导出球面渐开线和等距圆锥螺旋线的参数方程,再基于齿面形成原理建立齿面数学模型;在MATLAB中对齿面数学模型编程计算出齿面离散点坐标,并通过UG逆向工程完成等距螺旋锥齿轮的精确建模;利用ANSYS仿真分析等距螺旋锥齿轮的啮合接触,得出齿轮的传动性能;最后通过金属粉末注射成型工艺完成等距螺旋锥齿轮的试制。研究结果表明,齿面数学模型结合离散点逆向建模可确保模型的精度,金属粉末注射成型工艺可用于等距螺旋锥齿轮的批量化生产。

基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明:小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。

高阶数控运动轴的弧齿锥齿轮全工序法加工研究

为解决弧齿锥齿轮全工序法加工齿面误差修正的难题,本文将开展高阶数控运动轴的弧齿锥齿轮全工序法加工研究。首先由刀具和工件的相对空间位置关系完成了传统摇台式机床调整参数到全数控机床运动轴的等效转换,并通过泰勒展开的方法获得了数控机床运动轴6阶表达式;随后推导了6阶多项式表达的齿面方程,分析了多项式系数对齿面拓扑结构的影响。结果表明,同等量的系数变化,随着系数的阶次增高,对齿面偏差影响的程度变小。建立了多项式系数对齿面误差影响的敏感性矩阵,对工作面与非工作面引入权重系数构建了齿面误差协同修正模型。最后通过算例进行了实验验证,经修正后齿面误差得到有效减小。本文的研究为弧齿锥齿轮全工序法加工修正提供了方法,同时本方法也适用于弧齿锥齿轮其他的加工方式。

弧齿锥齿轮TCA接触印痕与传动误差协同求解方法研究

弧齿锥齿轮齿面接触分析(Tooth contact analysis,TCA)可以精确计算得到反映传动性能的重要评价指标接触印痕以及传递误差。然而由于存在强烈的非线性和数值耦合关系,导致求解精度差、效率低和稳定性差。因此,提出了一种同时考虑接触印痕与传动误差的TCA协同求解新方法。首先基于啮合原理进行齿面参数化表达,同时在三维坐标空间中利用旋转矩阵模拟齿轮副的啮合运动进行接触轨迹和传递误差求解;再根据数值齿面的曲率特征,进行接触印痕精确解析求解。算例结果验证了本文所提方法的可行性。

弧齿锥齿轮喷丸表面微观形貌仿真与试验验证

喷丸强化工艺能在弧齿锥齿轮表面及次表面引入残余压应力场,提高其疲劳寿命;但工程应用中经常出现不适当的喷丸参数,导致齿轮表面粗糙度显著增加,影响了齿面制造质量。为了准确预测与调控喷丸后齿轮表面微观形貌及表面粗糙度,基于离散元和有限元耦合的方法,提出了一种弧齿锥齿轮齿面喷丸工艺仿真计算方法,表面粗糙度预测与实测误差在20%以内,表明仿真预测方法具有准确性。基于该方法,以某弧齿锥齿轮为研究对象,研究了不同喷丸工艺参数与喷丸后齿面微观形貌的关联规律。研究结果表明,①随着喷丸时间增加,齿面三维粗糙度Sa先显著增加后缓慢下降;②当喷丸时间为50 s时,在本文的工艺参数下能达到满覆盖率;③弹丸速度与弹丸直径对齿面粗糙度均有较大的影响,但弹丸直径的影响更为显著。研究工作为喷丸后弧齿锥齿轮表面的微观形貌准确数值模拟与预测提供了方法基础,为合理制定喷丸工艺参数提供了技术参考。

考虑安装误差的弧齿锥齿轮凹凸齿面印痕修正

弧齿锥齿轮作为重型燃气轮机中关键的动力传动部件,其双向传动的运行特点对齿轮凹凸齿面的接触印痕提出了更高的质量要求。为了满足实际需求,通过建立齿面啮合模型,利用考虑安装误差的齿轮接触分析(error tooth contact analysis, ETCA)技术研究了一对弧齿锥齿轮凹面和凸面均为工作面时,接触印痕随安装误差变化的数值规律。同时,以齿面印痕的中点位置、长轴倾角和面积作为印痕参数化处理后的特征值,优化齿轮安装误差调整值,修正印痕的不合理之处,实现凹凸齿面印痕的一致性和重叠性。滚检实验验证了模拟印痕的准确性,该修正规律可以为弧齿锥齿轮副的安装调整提供理论依据。

Delaunay三角剖分的汽车螺旋锥齿轮磨损检测

由于汽车后桥螺旋锥存在耦合竖向振动,导致齿轮磨损难以精准检测,因此提出Delaunay三角剖分的汽车螺旋锥齿轮磨损检测方法。通过扫描式方法测量齿轮表面的离散数据,对相邻扫描线进行Delaunay三角剖分,完成齿面非特征离散数据分块,实现对齿轮表面区域的全面描述。根据数据分块结果,采用基于Hermite插值的LMD算法,遍历计算三角网格的PF分量幅值,完成齿轮磨损故障的检测。实验结果表明,所提出方法的磨损深度与磨损率检测结果与实测结果基本一致,并且能够对齿轮磨损区域面积进行有效检测,检测精度最高达到98.7%。因此,说明所提出方法能够对齿轮磨损进行有效的检测。

尾减速器轴承预紧对锥齿轮接触印痕和齿隙的影响规律研究

尾减速器是直升机传动系统的重要部件,轴承预紧是尾减速器装配的关键环节,直接影响直升机尾旋翼的平稳性、寿命及噪声。根据轴承支撑构型建立预紧螺栓的受力模型,得到螺栓的拧紧力矩及施加在支撑面上的轴向力;基于受力关系建立尾减速器轴承预紧有限元分析模型,根据分析结果提取了锥齿轮副的安装误差,处理得到:弧齿锥齿轮副的齿面间隙随着力矩的增大而减小,印痕位置随着力矩的增大有逐渐向大端移动的趋势;试验结果与有限元计算结果吻合性较强,方法可进一步推广到其他类型减速器中。

面向螺旋锥齿轮的主动设计与加工方法研究

针对面铣螺旋锥齿轮的设计和制造,建立了基于自由曲面机床的加工方法的数学模型,在自由曲面机床上采用工件轴固定的方法完成螺旋锥齿轮铣削的主动设计和制造。以啮合性能参数为输入变量,建立了齿轮啮合的数学模型,并根据设计的接触属性对齿轮齿面进行了主动设计。除了传统方法控制的每个小齿轮侧面平均接触点的一阶和二阶参数外,该方法还可以同时保证小齿轮常用驱动侧面上的每个接触路径点,避免了工件轴运动精度差造成的误差和制造难度。最后,通过齿面接触分析(TCA)和滚动试验对该方法进行了有效验证。

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动啮合齿轮本体温度的相关影响因素分析

啮合温度影响双圆弧弧齿锥齿轮章动传动过程中的疲劳、振动、噪声等行为,在双圆弧弧齿锥齿轮的寿命预测和力学响应时不可忽视。为了揭示双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场分布规律,对双圆弧弧齿锥齿轮进行齿面接触分析,得到啮合区间;结合摩擦学和传热学得到齿轮的热载荷,建立了双圆弧弧齿锥齿轮温度有限元数值模型;采用控制变量法,分析了相关影响因素对锥齿轮温度的影响规律及原因。结果表明,齿轮温度随模数的增大而降低,随螺旋角的增大而升高,随章动角的增大先降低再升高;润滑油温度对本体温度的影响呈线性关系。研究为降低齿轮高温失效风险提供了参考。

高速重载弧齿锥齿轮齿面多目标优化设计

以提高弧齿锥齿轮强度性能和减振降噪为出发点,基于TCA(Tooth contact analysis)、LTCA(Load tooth contact analysis)及局部综合法建立高重合度与低啮合转换处传动误差幅值的齿面多目标优化设计模型;利用带精英策略非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化3个齿面2阶接触参数,根据目标函数重要程度从Pareto最优解集中选择最终优化解。结果表明:给定工况下,优化后的2阶参数使得弧齿锥齿轮副重合度增加了16.69%,啮合转换处传动误差幅值降低了87.33%;同时承载传动误差均值、齿面接触应力均值与大小轮齿根弯曲应力均值分别降低了11.82%、0.25%、12.32%和13.61%,改善了齿轮副的强度性能和啮合性能,实现了减振降噪的效果。

基于平面共轭对数的弧齿锥齿轮齿面设计研究

为了提高弧齿锥齿轮建模模拟在承载工作的情况下所得出数据的准确性,在球面渐开线弧齿锥齿轮齿面成形设计原理的基础上,引入平面共轭对数对球面渐开线弧齿锥齿轮齿面形成理论进行进一步的研究与改进,建立与法向截面圆弧齿形点位相接触的弧齿锥齿轮数学模型,并利用修改后的齿面设计理论进行弧齿锥齿轮工作齿面、齿顶根曲线及齿根过渡曲面的齿面精确数学建模,使大小轮之间的共轭曲面啮合精度得到提升,从而提高弧齿锥齿轮在循环啮合过程当中的接触强度与稳定性,并对原先球面渐开线理论中所具有的对弧齿锥齿轮传动时的轴角可分性进行分析,进行存在轴角误差时对该设计下齿轮的传动误差的影响。

重载螺旋弧齿锥齿轮疲劳寿命预测

以重载螺旋弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,基于齿轮强度计算理论、疲劳累积损伤理论和断裂力学理论等,结合国内螺旋锥齿轮制造工艺及制造技术对重载螺旋锥齿轮传动系统的疲劳特征进行研究。

航空弧齿锥齿轮接触印痕主动设计与试验验证

以某航空发动机弧齿锥齿轮箱为研究对象,提出了一套锥齿轮接触印痕主动设计的方法。首先,基于弧齿锥齿轮宏观参数和GEMS软件,进行齿面设计,得到齿轮副精确齿面;其次,考虑传动系统受载变形、轴承游隙和加工误差等因素的影响,建立弧齿锥齿轮系统级接触印痕仿真分析模型,得到锥齿轮在工作状态下的接触印痕和振动响应;然后,将上述设计齿面应用于加工,设计试验,将试验得到的接触印痕和振动响应分析结果与理论分析进行对比,验证了仿真分析模型的可靠性;最后,基于该仿真分析模型对上述齿面进行接触印痕优化设计,得到了满足强度和动态性能要求的齿面,形成了弧齿锥齿轮接触印痕主动设计方法。

弧齿锥齿轮系统行波共振特性分析与验证

以某航空发动机弧齿锥齿轮系统为研究对象,提出了一套锥齿轮系统级行波共振特性分析方法。基于设计参数和加工参数,创建具有精确齿面的弧齿锥齿轮副三维模型;对弧齿锥齿轮系统开展静力学分析,保证齿轮副接触正常;对弧齿锥齿轮系统进行预应力模态分析,得到齿轮系统的模态特性;基于行波共振理论,进行锥齿轮系统行波共振预测;通过预测结果与试验结果的对比,判断行波共振预测的准确性和有效性。结果表明,理论分析与试验结果具有较好的一致性,研究为弧齿锥齿轮系统的行波共振预测提供了有价值的参考方法。

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。