Accurate Modeling of the Spiral Bevel and Hypoid Gear with a New Tooth Profile

Distinguishing with traditional tooth profile of spiral bevel and hypoid gear, it proposed a new tooth profile namely the spherical involute. Firstly, a new theory of forming the spherical involute tooth profile was proposed. Then, this theory was applied to complete parametric derivation of each part of its tooth profile. For enhancing the precision, the SWEEP method used for formation of each part of tooth surface and G1 stitching schema for obtaining a unified tooth surface are put forward and made the application in the accurate modeling. Lastly, owing to the higher accuracy of tooth surface of outputted model, it gave some optimization approaches. Given numerical example about the model can show that this designed gear with spherical involute tooth profile can achieve fast and accurate parametric modeling and provide a foundation for tooth contact analysis （TCA） in digitized design and manufacture.

Investigation of the Effects of Profile Shift in Helical Gear Mechanisms with Analytical and Numerical Methods

In this paper, the effects of profile shift in cylindrical helical gear mechanisms have been investigated with numerical and analytical calculations. The mathematical model for computer simulation of gears has been designed and the numerical calculations have been carried out. Analytical calculations have been made with an excel program which was designed at different profile shift coefficients for a selected mechanism. Analytical calculations of the same mechanism have been verified by using ANSYS 14.5. The results of analytical and numerical solutions have been compared to profile shift coefficients.

基于NURBS曲线拟合的渐开线圆柱齿轮齿形偏差计算

为了提高现有齿轮齿廓曲线的拟合精度,针对现有的齿形偏差计算方法,提出了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合的渐开线圆柱齿轮齿形偏差计算方法。首先,建立渐开线圆柱齿轮齿形误差的理论数学模型,然后根据NURBS曲线拟合原理和三坐标测量机测量的齿廓坐标点,用Matlab编程实现了NURBS曲线对实际齿廓曲线的拟合,结合渐开线等效拟合法,计算出了齿轮的齿形偏差。拟合结果表明,与最小二乘法(LS)的拟合结果对比,NURBS曲线拟合齿廓曲线精度更高,误差小,具有良好的拟合效果。齿形偏差计算结果表明,采用的基于NURBS曲线拟合的齿形偏差与实测值一致,表明该方法准确、有效。

基于锥形铣刀的渐开线齿轮两轴仿形倒角计算与加工

圆柱齿轮的加工毛刺与运输磕碰会对齿轮副的传动性能产生重要影响。对圆柱齿轮齿廓倒角加工技术进行研究,构建齿廓倒角加工的数学模型,基于仿真软件构建机床模型,编写加工程序完成齿廓倒角的仿真与分析。以此为基础,在铣齿机上完成了倒角加工实验,验证了齿廓倒角加工技术的可行性,为工业生产中渐开线齿轮齿廓倒角加工提供了新的解决方案。

重载齿轮箱提高抗冲击载荷方法

主要探讨如何在有限的空间内提高重载齿轮箱的传动性能,延长齿轮箱的服役寿命。在不改变啮合齿轮副的传动特性情况下,经过齿根喷丸强化增加齿根许用弯曲应力值,通过改变齿轮副顶隙系数的情况下,降低齿轮弯曲应力值这两种方法提高齿轮抗冲击强度23%左右,极大提高重载齿轮箱齿轮副抗冲击载荷能力。

大重合度组合齿廓非圆齿轮设计方法试验研究

为了解决组合齿廓非圆齿轮增大重合度问题,对组合齿廓非圆齿轮设计方法进行了研究。首先,提出了增大齿高系数,减小节曲线压力角、负变位的组合齿廓非圆齿轮设计方法,对变渐开线-不完全变摆线齿廓展开了大重合度组合齿廓设计,并对大重合度的非圆圆柱齿轮进行了设计;然后,分析了齿高系数、变位系数、节曲线压力角与非圆齿轮渐开线齿廓和变渐开线-不完全变摆线组合齿廓的重合度变化规律,制造了2种增大重合度的组合齿廓非圆齿轮;最后,测量了增大齿高系数和减小节曲线压力角的非齿轮齿侧间隙,并与标准的渐开线齿廓齿侧间隙进行了对比,开展了大重合度组合齿廓非圆齿轮传动比的测量试验,以及承载能力仿真对比分析(主动轮固定,从动轮添加15 N·m扭矩)。研究结果表明:组合齿廓非圆齿轮的齿侧间隙(减小节曲线压力角0.106 mm,增大齿高系数0.107 mm)明显小于渐开线齿廓非圆齿轮的齿侧间隙(0.173 mm);大重合度组合齿廓非圆齿轮的试验传动比与理论仿真传动比一致;减小节曲线压力角的大重合度齿廓设计方法承载能力(应力最大值157.5 MPa)最优,增大齿高系数的大重合度齿廓设计方法承载能力(应力最大值213.2 MPa)最差。采用增大齿高系数,减小节曲线压力角的组合齿廓非圆齿轮设计方法来实现非圆齿轮的大重合度设计是可行的。

基于折算齿形法的高阶非圆斜齿轮设计

针对由于非圆斜齿轮节曲线曲率变化,通过折算齿形法建立的轮齿螺旋线在投影至节曲线所在平面时未与节曲线完全重合,导致轮齿偏向不均的问题,利用渐开螺旋面和节曲线柱面相交得到的截交线代替螺旋线的设计方法,重新设计高阶非圆斜齿轮。通过推导求解截交线,证明了此曲线的可行性,同时以一对高阶非圆斜齿轮为研究对象,利用折算齿形法和截交线相结合的方法建立高阶非圆斜齿轮模型,并对其进行运动分析及干涉检查。结果表明,模型整体运行效果良好,可以避免干涉问题。可见通过此方法建立的一对非圆齿轮副是有效可行的,对后期研究其啮合刚度有重要意义。

圆柱齿轮齿廓齿向倾斜误差计算及应用

基于圆柱齿轮齿廓倾斜偏差和齿向倾斜偏差的定义,分析了其对齿轮综合性能的影响,得到了齿廓和螺旋线倾斜偏差的计算方法,并研究了其在刀具设计、逆向测绘和刀具共用校核方面的工程应用。研究表明,齿廓倾斜偏差和齿向倾斜偏差对齿轮的啮合印迹、疲劳寿命等有重要的影响,可以通过设计优化倾斜偏差提升圆柱齿轮副寿命和综合性能。倾斜偏差计算在刀具设计、齿轮测绘和刀具校核等工程问题中有重要作用。

超精密渐开线齿形的测量方法

分析了双基圆盘式渐开线测量仪的测量原理,其具有结构简单、测量过程中无测头位置引起的阿贝误差等特点。该仪器采用交叉弹簧片的铰链结构作为误差传递杠杆,其灵敏度高、无间隙。经过对仪器的主要测量误差源进行补偿后,其系统的测量不确定度(U95)<±0.5μm,测量精度可以满足1级渐开线齿形的测量要求。通过与其它渐开线齿形测量方法的比较,双基圆盘式渐开线测量仪仅在测量自动化和多功能性等方面不如CNC齿形量仪,其在测量精度与制造经济性等方面更具优势,是超精密渐开线齿形测量的理想方法。

渐开线齿轮动力接触有限元分析及修形影响

在ANSYS软件中建立了标准渐开线齿轮与修形齿轮的动力接触有限元模型。利用ANSYS/LS-DYNA的显式动力学计算方法,对不同转速下的齿轮副进行了动力接触分析,得出标准渐开线齿轮由于弹性变形导致较大的啮入冲击,齿轮修形后啮入冲击得到明显改善。齿轮啮合动力接触有限元仿真方法对合理确定齿轮修形量,减小齿轮动载荷具有重要理论意义。

航空发动机齿轮接触分析与修形研究

基于齿轮啮合原理,在有限元分析软件ANSYS中采用APDL语言建立了齿轮传动三维参数化有限元模型.依据传热学和摩擦学理论,建立了单个轮齿的本体温度有限元分析模型,利用ANSYS软件求解出单个轮齿的本体温度场.将温度分布作为轮齿的温度载荷,计算轮齿的热变形,求出基于热变形的齿廓最大修形量.此外,依据经验公式,根据轮齿的受载情况计算齿廓的最大修形量.结合修形理论,得出了热弹耦合修正的渐开线齿廓修形曲线方程.通过ANSYS接触分析验证修形效果,得到修正后的修形曲线方程.

非圆齿轮齿廓特性分析及偏差测量方法研究

针对现有啮合检测法不能快速准确地测量非圆齿轮单项偏差的问题,提出了一种非圆齿轮齿廓偏差测量方法。对非圆齿轮齿廓的展成特性进行了分析,求解出齿廓特征突变时所对应的偏心率临界值,以判断齿轮是否满足渐开线齿廓偏差测量条件。对于满足测量条件的非圆齿轮,首先求解出其齿廓起测点,然后采用自主开发的仿真加工与齿廓点提取插件,快速获取理论齿廓点,并利用NURBS插值法得到理论齿廓曲线,最后通过测头半径补偿得到测头运动轨迹。实验结果表明,所提出的方法能够快速准确地测量非圆齿轮齿廓偏差,是完全可行的。

基于齿面发生线的弧齿锥齿轮切齿运动分析

为了展成切削出无理论误差的球面渐开线齿形的弧齿锥齿轮齿面,采用以齿面理论发生线作为刀刃的切削方法.分析了此方法所需要的运动及运动的实现方法.结果表明:采用此种方法切齿时,机床运动与结构简单,刀具简单,仅需1次工件装卡即可完成弧齿锥齿轮凸面、凹面的粗加工和精加工;大齿轮和小齿轮、左旋齿轮和右旋齿轮均可以用同一机床、同一刀盘完成切削,且容易调整齿面接触区.

共轭曲线齿轮齿面的构建

在共轭曲线原理的基础上,提出以适当半径的球面沿曲线的指定等距线包络出啮合管的等距包络法,建立共轭曲线齿轮管状齿面的构建理论。推导一对共轭曲线的等距线方程、啮合管方程等,通过截取含有曲线部分的啮合管构建齿轮的啮合齿面,得到具有曲线接触特性的管状齿面;根据啮合管等距距离和等距方向的不同,构建三种不同接触形式的管状齿面:凸凸接触、凸平接触和凸凹接触,其中凸凹接触形式的管状齿面在接触点处的相对曲率半径最大,赫兹接触应力最小。以常用的圆柱螺旋线为例,介绍共轭曲线齿轮齿面构建理论的应用,求解该曲线及其共轭曲线的等距线方程和啮合管方程,并根据运算结果建立精确的共轭曲线齿轮实体模型。

双盘式渐开线测量仪数据采集与控制系统的研制

在齿轮若干精度指标的测试中,渐开线圆柱齿轮的齿形检验是一个难度较大的测试技术问题。对于1级精度(GB/ T10095.1-2001)圆柱齿轮渐开线齿形的测量,目前的测量仪器并不成熟。双盘式渐开线测量仪测量过程完全符合渐开线展成原理,具有结构简单,测量误差源少等特点,它的关键零部件均由超精加工制作。文中介绍了双盘式渐开线测量仪及其数据采集系统的研制,通过对主要误差源进行补偿后,双盘式渐开线测量仪可用于1级渐开线圆柱齿轮齿形的测量。

考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工

针对柔性包络铣齿过程中加工效率与加工精度之间的矛盾,提出一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法。根据空间包络铣削理论和齿面展成成形过程,建立通用刀具的空间曲面包络成形数学模型,并求解含残高差的包络铣齿刀位点;综合考虑齿面的微分几何特性和精度特性,研究铣齿刀具路径规划与齿面精度特性优化匹配关系,构建了渐开线齿廓展开角度与齿面残高差之间的曲线方程;在通用的四轴加工中心上采用通用立铣刀的包络铣齿加工实例验证了所提方法的正确性。实例分析结果表明,所提方法在保证包络铣齿加工效率的前提下,提高了渐开线圆柱齿轮主啮合区域的加工精度。

测头跟踪式大齿轮齿形误差在机测量系统的研究

以异步驱动同步测量原理为基础，利用测头控制跟踪驱动，研究开发了大齿轮齿形误差在机测量系统，实现大齿轮齿形误差的在机测量．实验证明，测量系统原理正确、精度稳定可靠，为大型齿轮高精度在机测量开辟了一条新的途径．

渐开线曲率分析及其在齿轮啮合分析中的应用

利用数学微分几何原理对渐开线曲线进行曲率分析,系统推导了渐开线上各点极径、压力角与曲率半径之间的定量关系,明确了渐开线曲率中心与基圆的对应关系,并定量计算了压力角与曲率半径沿渐开线齿廓曲线的分布状况。利用渐开线曲率分析的结论并结合高副低代的机构分析方法对齿轮啮合传动机构进行运动分析,得到了正确的传动比分析结果,验证了曲率分析过程的正确性和实用性,为齿轮齿廓啮合分析、齿形创新设计、齿廓修形加工新工艺开发提供了理论基础,对齿轮传动的创新研究和发展具有重要意义。

非对称塑料齿轮接触应力的解析法计算

推导出非对称渐开线塑料齿轮一个啮合周期中各特殊点在不同状态下与节点的啮合系数,通过非对称渐开线塑料齿轮接触分析应用实例,对非对称渐开线塑料齿轮七个特殊点的接触应力进行了解析法计算。结果表明,主动轮单齿啮合下界点处的接触应力为最大。与标准塑料齿轮相比,非对称渐开线塑料齿轮各点的接触应力均有所降低,说明塑料齿轮采用非对称齿廓可以提高齿面接触强度。非对称渐开线塑料齿轮的解析法计算,为检验用有限元方法计算这一新型塑料齿轮接触应力的合理性与精确性提供了依据。

渐开弧面齿轮的形成原理及数学模型

结合传统渐开线齿轮与圆弧齿轮优点,提出一种新型的渐开弧面齿轮传动。定义了渐开弧面齿轮的概念,即分别在主从动齿轮的渐开线齿廓上选取两条相对应啮合的单值曲线,在两条曲线上的任意点分别用凸凹圆弧替代渐开线齿廓形成新的齿廓。根据微分几何基本原理,运用坐标变换法推导渐开弧面齿轮传动的齿面方程。讨论渐开弧面齿轮的中心距可分性,分析表明即使中心距发生改变,只要一对齿轮齿廓能够啮合传动,就仍能保持良好的传动性能。根据实例的具体参数,建立一对渐开弧面齿轮啮合的三维实体模型。研究结果为进一步开展渐开弧面齿轮传动研究提供了理论基础,对后续齿轮的设计、加工等有很大的参考价值。