A NEW GENERATING METHOD FOR THE MACHINING OF A CYLINDRICAL GEAR WITH SYMMETRIC ARCUATE TOOTH TRACE

Objective To introduce a new generating method for the machining of a cylindrical gear with symmetric arcuate tooth trace. Methods Adopting this method, the key problems of mismatch control and manufacturing of symmetric arcuate tooth trace gears are solved by using suitable cutter tilt and a new generating method with double-edge gear-wheel cutter. The machining principle is analyzed and the mathematical model of generating motion is established. Then the tooth flank equation and differential geometrical parameters are discussed. Results The minim alteration of cutter tilt will make the contact flank area change so as to satisfy the special requirements. It is easy to realize the tip relief of gearing by altering coefficients of every moving axis. Because the tooth has the arc shape, the symmetrical arcuate cylindrical gears have higher overall strength and it is easy to perform the flank grinding for high precision. Conclusion This new generating method has higher productivity. It is easy to get a perfect contact zone and fully give play to the potential bearing capacity of the gears. The symmetrical arcuate cylindrical gears can be used in highly durable and heavy duty gearing applications.

混合润滑下变双曲圆弧齿线圆柱齿轮摩擦特性及传动效率分析

齿轮在实际运行中由于润滑状态的不同,齿面摩擦系数存在显著差异,从而对齿轮的传动效率产生影响.变双曲圆弧齿线(VH-CATT)圆柱齿轮通常工作在混合润滑状态下,采用载荷分担理论推导了混合润滑下VH-CATT圆柱齿轮摩擦系数计算公式,建立了混合润滑下VH-CATT圆柱齿轮传动效率计算模型,并通过绘制Stribeck曲线,研究了表面形貌参数、润滑油参数和法向载荷等对混合润滑状态下VH-CATT圆柱齿轮摩擦性能和传动效率的影响规律.研究结果表明:表面形貌参数的变化会导致混合润滑区扩大,从而使相同速度下的摩擦系数增大;润滑油黏度的增加会导致摩擦系数增大,同时Stribeck曲线向左移动,混合润滑区向边界润滑区扩展;载荷对Stribeck曲线的影响集中体现在混合润滑区与边界润滑区的过渡阶段;随着转速的增加,传动效率逐渐升高并趋于稳定,而在齿轮转速较低时,润滑油黏度和粗糙度对齿轮传动效率有显著影响.

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。

面向制造的弧齿线圆柱齿轮的建模设计

介绍了一种面向制造的设计方法,根据弧齿线圆柱齿轮的加工原理,提出了基于齿轮齿条原理的弧齿线圆柱齿轮的特征建模方法。采用的齿轮实体建模方法与实际齿轮加工方法相同,为精确造型、正确仿真及有限元分析提供了基础。

圆弧齿线圆柱齿轮的数控滚切机理与试验研究

提出了一种利用标准齿轮滚刀滚切圆弧齿线圆柱齿轮的数控加工方法。探讨了圆弧齿线圆柱齿轮的数控滚切成形机理,推导了数控插补计算式,介绍了共轭齿轮对的制造方法。在CNC滚齿机上的实切试验表明,该工艺可获得与直齿轮同等的齿形精度与加工效率。

弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的CNC修形加工方法

针对弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的修形控制问题,提出一种在展成加工的同时对齿廓和齿线两个方向进行修形控制的加工方法。通过调整直刃刀盘的展成运动回转半径,实现齿面齿廓方向的修形量控制;通过调整刀倾角,实现齿面齿线方向的修形量控制。基于空间运动学原理,利用矢量旋转公式,在具有倾角的数控机床上与普通多轴联动数控机床上展成加工齿面时,保持刀具和工件的相对位置和相对运动相同,进行两类机床之间的运动转换,建立机床运动控制方程,从而实现弧齿线圆柱齿轮在普通多轴联动数控机床上的修形加工。并通过试件的切削试验和齿面接触分析试验,证明所提出的修形加工方法和分析的加工运动方程的正确性。与弧齿线圆柱齿轮传统的加工方法相比,这种加工方法效率高,运动关系简单,便于推广应用。

圆弧齿线圆柱齿轮动态接触性能分析

齿轮动态接触性能将直接影响传动平稳性和承载能力。为了研究圆弧齿轮啮合过程中动态接触特性的时变规律,基于大刀盘铣削加工圆弧齿轮原理,借助MATLAB与UG建立精确的齿轮三维模型;借助ANSYS对圆弧齿轮副进行显式动力学分析,研究了点接触形式的圆弧齿轮的齿面接触应力分布情况;同时通过对齿轮副从静止到启动这一动态过程的模拟,探究了轮齿接触应力和啮合冲击的时变规律;最后,通过对不同齿宽系数的齿轮接触应力时变规律的研究,揭示了齿宽系数对圆弧齿轮的传动平稳性及承载能力的影响规律。实验结果表明,当齿宽系数在0.35~0.6范围内变化时,齿宽系数越大,齿轮的啮合冲击越大,而接触应力越小,为圆弧齿轮的设计及工程应用提供了理论依据。

弧齿线圆柱齿轮齿面形成原理

弧齿线圆柱齿轮是一种新型齿轮,它具有齿面弯曲强度高、低噪声、更好的润滑性能、对轴线平行度误差适应性强、无轴向力等一系列优点。但由于该齿轮发展历史不长,在理论上还缺乏系统性的研究,这就给该齿轮的设计应用带来了困难。着重从弧齿线圆柱齿轮齿面的齿面形成原理及啮合特性方面对该齿轮进行了分析和研究,推导出被加工齿轮齿面方程,目的在于为该齿轮的设计提供必要的理论依据。

渐开线弧齿圆柱齿轮有限元模态分析

为了改善渐开线弧齿圆柱齿轮的工作状态,避免其在传动系统中因激励而产生共振,建立弧齿轮的三维模型并导入ANSYS Workbench进行有限元模态分析。对渐开线弧齿圆柱齿轮的振动特性进行研究,从而分析获得该齿轮在低阶模态下的主振型和固有频率。分析不同参数下固有频率的变化规律,为齿轮设计参数提供了参考依据,为该齿轮传动系统的振动特性分析、振动故障诊断与预报以及齿轮的动力学特性分析提供理论支持。

弧齿线圆柱齿轮齿面形成原理及啮合性能分析

弧齿线圆柱齿轮是一种新型齿轮,它具有承载能力高、使用寿命长、传动平稳性好、对轴线平行度误差适应性强、无轴向力等一系列优点。但由于该齿轮发展历史不长,我们在理论上还缺乏系统性的研究,这就给该齿轮的设计应用带来了困难。文中着重从弧齿线圆柱齿轮齿面的形成原理及啮合特性方面对该齿轮进行了分析和研究,推导出被加工齿轮齿面方程,目的在于为该齿轮的设计提供必要的理论依据。

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。

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。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度分形模型研究

基于Hertz接触理论和分形理论,提出利用两椭圆体的表面接触系数对微凸体分布函数进行修正,引入微凸体的临界弹塑性变形接触面积,推导出变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面切向刚度的分形模型。通过数值仿真论证了表面接触系数的合理性,并分析出主要参数(法向载荷、分形维数、粗糙度幅值、切向载荷、材料特性参数)对切向刚度的影响。结果表明,法向载荷与切向刚度成正比关系,但当分形维数的取值范围不同时,两者的变化规律有着较大的差别。当分形维数增大时,切向刚度先增大后减小,在分形维数为1.85时达到最大值。切向刚度随着粗糙度幅值和切向载荷的增大而减小,随着材料特性参数的增大而增大。该模型的建立为研究变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触面的切向刚度提供了理论依据。

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。

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磨损特性分析

磨损是齿轮的主要失效形式之一,研究其磨损特性对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主动设计有指导意义。基于Hertz接触理论和Archard磨损计算通式,建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的磨损模型,计算了齿面各点磨损量随工况参数和设计参数的变化规律。分析表明,变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副齿面磨损沿齿廓方向从齿根到齿顶先减小后增大,且齿根区域的磨损量大于齿顶区域的磨损量,节圆附近磨损量最小;沿齿宽方向呈对称分布,中截面磨损量最大,从中截面到两端面磨损量依次减小。研究可为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的失效研究和寿命预测提供理论基础。

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。

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。

圆弧齿线圆柱齿轮传动误差研究

为了研究圆弧齿线圆柱齿轮传动误差,提出了圆弧齿线圆柱齿轮传动的扭转振动模型,并利用3D模型建立动力学模型,分析齿宽、齿线半径、负载及转速等对传动误差的影响。研究表明,不同结构参数和工况时,传动误差在0附近周期性波动;传动误差幅值随着齿宽增大而先减小后增大;传动误差幅值随齿线半径增大呈"W"形变化,即先随齿线半径增大而先减小后增大,然后再随齿线半径增大而先减小后增大;传动误差幅值随负载和转速增大而增大。研究结果为齿轮系统的降噪、润滑、故障诊断及轮齿几何修形等提供了理论基础。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面接触应力分布和啮合位置变化规律研究

以变双曲圆弧齿线圆柱齿轮为研究对象。根据齿面方程建立齿轮数学模型,进而建立齿轮副的动力学模型,并通过有限元对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面动态接触应力分布和齿轮副啮合位置的变化开展研究。结果表明:在齿宽方向,越靠近中截面,接触应力越大,且其离中截面较远时,接触应力增速较快,靠近中截面时,增速变缓;齿轮进入和退出啮合时存在冲击现象,分度圆偏上和齿根附近区域的啮入冲击较大,且在齿宽方向,总体上越远离中截面,啮入冲击越大;啮入时啮合点从端面逐渐过渡到中截面,啮出时逐渐从中截面过渡到端面,但此过程非常短暂。研究结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的设计和应用提供理论基础。