CNC机床运动误差对弧齿锥齿轮齿面接触质量的影响研究

为研究CNC机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮齿面接触分析的影响,以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,引入机床各轴运动误差到螺旋锥齿轮齿面接触分析中,得到机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面加工质量影响的定量分析方法。以SGM法加工的弧齿锥齿轮为例,给出ETCA(error tooth contact analysis)的计算过程,对ETCA和齿面接触分析的结果进行了对比分析,从数量上阐述了误差对齿面接触质量的影响。分析结果表明,机床各轴运动误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有一定的影响,机床运动轴的运动误差中y轴、x轴的误差对齿面接触质量的影响最大。研究工作为机床各轴运动误差补偿及高精度齿轮制造提供了理论依据。     

相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响

为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能,研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理,通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置,采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析,得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明,螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力,验证了有限元分析结果。     

基于数字化真实齿面的螺旋锥齿轮齿面接触分析

通过导入假想全共轭齿面作为基准齿面,即大齿轮基准齿面是采用由加工机床设定参数形成的理论齿面,小齿轮基准齿面是采用与该大齿轮基准齿面完全相共轭的齿面,该假想齿面是瞬时线接触,无传动误差。对该基准齿面上的接触线进行拓扑网格划分,引入数字化合成误差概念,实现含有齿形误差和安装误差的螺旋锥齿轮的数字化真实齿面的构建。提出一种基于高精度数字化真实齿面的螺旋锥齿轮齿面接触分析(Tooth contact analysis,TCA)方法,通过与Gleason公司TCA软件分析结果以及齿面磨损试验结果比较,验证了本方法的可行性和有效性。     

螺旋锥齿轮虚拟加工及有限元分析

根据传统式机床的结构特征和运动原理,用Catia对螺旋锥齿轮进行虚拟加工,通过和理论模型对比加工精度,证明建模的合理性和精准性.用Hypermesh对齿轮进行网格划分,导入Abaqus中进行有限元分析,提取传动误差曲线和接触线.随着载荷的增大,齿轮的传动误差波动幅值随之减小,但偏离零线的幅度随之增大,表明螺旋锥齿轮在载荷增大的情况下传动更加平稳,传动精度随之降低,这和螺旋锥齿轮动态特性相吻合,表明虚拟加工齿轮的性能良好.当虚拟加工形成的齿轮在有限元分析中的接触性能和传动误差曲线不太理想时,可以根据修正等原理在Catia中调整机床调整参数并重新加工齿轮,在分析中发现重构齿轮的接触性能和传动性能得到提高.在Catia仿真加工时可以人为加入误差,为有限元分析有误差齿轮提供模型,方便人们研究有误差齿轮的动态特性.在齿轮设计阶段采用有限元法研究齿轮的接触性能和传动特性,从而对虚拟加工齿轮的质量进行预知与评价,分析齿轮性能和机床调整参数之间的联系,对螺旋锥齿轮的机床调整参数进行反调起到重要作用.     

螺旋锥齿轮批量加工通配方法的研究

分析了螺旋锥齿轮通配中存在的关键理论和技术问题,利用齿轮设计分析软件对基本加工参数进行设计计算和齿面接触TCA分析,利用CNC齿轮测量中心对加工后的齿轮进行齿面误差测量并进行反调和修正.通过切齿试验结果表明:经过测量和反调,所加工的齿轮与标准理论齿轮基本一致,滚检后的接触区与理论仿真接触区也基本吻合,齿轮副可以进行互换,为螺旋锥齿轮批量加工的通配问题提供了一种解决途径.     

弧齿锥齿轮齿面误差的最少参数修正法

研究弧齿锥齿轮小轮齿面误差与调整参数误差之间的敏感性关系,基于SFT加工法得出对齿面误差影响较大的调整参数,提出齿面误差最少参数修正法。建立刀倾法加工的弧齿锥齿轮齿面数学模型,推导弧齿锥齿轮小轮的理论齿面方程和误差齿面方程,推导机床调整参数误差作用下的齿面任一点加工误差的解析表达式,提出机床调整参数误差对齿面误差的影响系数概念,依此判断各项机床调整参数误差对齿面误差的影响程度。通过理论齿面和误差齿面的比较,确定各项机床调整参数误差作用下的全齿面法向误差的变化规律。由解析法和数值法相互验证,确定弧齿锥齿轮加工过程中对齿面误差影响较大的调整参数误差项。利用函数法建立机床调整参数变化量与齿面法向误差的关系,采用序列二次规划法,求得机床调整参数修正量最优解。通过实例验证,提出的反调修正方法可以有效降低齿面误差。     

弧齿锥齿轮螺旋变性展成法切齿原理与仿真分析

传统加工方法加工弧齿锥齿轮副会使其接触区呈现对角线接触的不良现象,针对该现象,提出一种新型螺旋锥齿轮加工方法——螺旋变性展成法。为揭示螺旋变性展成法的切齿原理,根据机床、刀具和工件间的运动位置关系,以微分几何和齿轮啮合原理为基础,运用矢量分析法,以齿面中点为计算点建立切齿数学模型,分析推导机床调整参数计算公式;以一对弧齿锥齿轮为例进行了几何参数、刀具参数及机床调整参数的计算,建立弧齿锥齿轮三维虚拟仿真加工模型并进行齿面接触分析;最后,基于以上参数在数控铣齿机上进行切齿试验,齿面接触分析与滚检试验结果说明了螺旋变性展成法消除对角线接触的有效性。     

螺旋锥齿轮精密数控加工误差补偿策略

为了更好地实现螺旋锥齿轮精密数控加工,结合螺旋锥齿轮加工特点,在欧式线性空间中建立了数控加工模型及误差补偿模型。补偿模型为二级补偿机制,以齿面误差作为判断依据,通过对机床安装调整误差的补偿和加工过程中运动误差的补偿及时修正加工质量。由此,通过逐齿动态补偿,使得加工过程中机床误差得到修正,齿面加工精度得到提升。经仿真实验验证,该方法可实现连续轨迹运动中的多轴协调,有效提高螺旋锥齿轮数控加工机床的加工精度。     

基于双刀盘机床的弧齿锥齿轮数控加工技术研究

为了提高弧齿锥齿轮切齿加工效率,减少安装次数,提出了采用双刀盘机床加工弧齿锥齿轮的切齿方法。建立了双刀盘机床结构模型,分析了机床数控加工运动。基于运动等效关系,求解了机床数控轴的运动坐标。在此基础上,为了保证齿面的加工精度,针对双刀盘加工研究了齿面反调修正过程。最后针对一对斯太尔齿轮副17/28进行了切齿加工实验和测量实验,实验结果验证了双刀盘加工弧齿锥齿轮方法的有效性。     

安装误差对双圆弧弧齿锥齿轮章动传动齿面接触特性的影响

双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的齿面接触特性对安装误差极为敏感.为揭示安装误差对齿面接触特性的影响规律,开展了含安装误差的双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析.推导出章动式双圆弧孤齿锥齿轮齿面方程;借助齿面接触分析(TCA)获得齿轮副的齿面接触迹线和几何传动误差;通过算例分析了内、外锥齿轮锥点误差及齿轮副轴线交角误差对双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性的影响规律.研究表明,随着各项安装误差的增大,齿轮副接触迹线沿齿高方向的偏移量增大;凸、凹齿面接触迹线沿齿高方向的偏移量对安装误差变化的敏感程度不同;正的安装误差比负的安装误差对齿轮副传动误差影响更大.为获得理想的啮合性能,应合理控制章动式双圆弧弧齿锥齿轮副的安装误差.     

一种弧齿锥齿轮安装误差变动范围的确定方法

提出一种接触印痕位置参数分析法,用于确定弧齿锥齿轮安装误差的可变动范围。根据设计要求的啮合性能,采用局部综合法,设计弧齿锥齿轮加工参数,得到弧齿锥齿轮副齿面。在齿面参考点处的压入深度为0.006 35 mm的条件下,计算小轮驱动力矩。在此力矩作用下,进行安装误差状态下的轮齿加载接触分析(Loaded tooth contact analysis,LTCA),获得描述承载齿面接触印痕的位置参数。以接触印痕边界点到齿面边界的距离为设计目标,分别以不同类型的单因素安装误差为设计变量,采用优化设计方法确定接触印痕在齿面有效边界内变动时,对应的安装误差的变动范围。以某航空发动机附件传动系统中的弧齿锥齿轮为对象,依据上述方法,确定出不同类型安装误差的可变动范围,验证上述方法的有效性。所提出的方法为合理确定弧齿锥齿轮副安装误差的变动范围提供一种参考。     

Pinion tooth surface generation strategy of spiral bevel gears

Aviation spiral bevel gears are often generated by spiral generated modified(SGM) roll method.In this style,pinion tooth surface modified generation strategy has an important influence on the meshing and contact performances.For the optimal contact pattern and transmission error function,local synthesis is applied to obtain the machine-tool settings of pinion.For digitized machine,four tooth surface generation styles of pinion are proposed.For every style,tooth contact analysis(TCA) is applied to obtain contact pattern and transmission error function.For the difference between TCA transmission error function and design objective curve,the degree of symmetry and agreement are defined and the corresponding sub-objective functions are established.Linear weighted combination method is applied to get an equivalent objective function to evaluate the shape of transmission error function.The computer programs for the process above are developed to analyze the meshing performances of the four pinion tooth surface generation styles for a pair of aviation spiral bevel gears with 38/43 teeth numbers.The four analytical results are compared with each other and show that the incomplete modified roll is optimal for this gear pair.This study is an expansion to generation strategy of spiral bevel gears,and offers new alternatives to computer numerical control(CNC) manufacture of spiral bevel gears.     

高齿弧齿锥齿轮的承载啮合仿真和动态性能试验

研究了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的加载接触过程，对比了二者在载荷作用下的齿面载荷分布、齿面加载接触印痕和承载传动误差，计算了齿根弯曲应力。在台架试验台上测定了高齿弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮的噪声和振动量，实验证明高齿弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理，弯曲应力较小，具有较低的噪声和较好的动态特性。     

重载弧齿锥齿轮承载特性分析

基于啮合原理和SGM切齿计算方法获取了真实的弧齿锥齿轮齿面点数据,建立了精确的几何模型。采用加载接触分析的方法,建立了重载弧齿锥齿轮的承载特性有限元分析模型。以工况参数和安装误差为变量,研究了弧齿锥齿轮受载情况下的接触区、齿间载荷分配和强度等承载特性。为研究有安装误差和重载工况下的弧齿锥齿轮承载特性提供了一种有效的分析手段。     

螺旋锥齿轮点接触齿面生成法

提出一种能直接生成点接触,满足啮合配对要求的齿面方法,该方法利用齿面接触分析设计齿面,为齿轮ＮＣ加工运动计算提供新的途径。     

具有最佳加载接触性能的弧齿锥齿轮主动设计研究

基于局部综合理论的弧齿锥齿轮齿面接触分析(TCA )和接触性能预控技术可保证弧齿锥齿轮在无载时具有较理想的接触区域和传动误差 ,但无法保证其加载接触性能。本文在柔性多体运动学基础上 ,建立了两弹性共轭齿面运动基本方程。将啮合点弹性变形分解为支承变形、轮体变形和接触变形 ,获得了变形前后齿面几何量的变化规律以及两弹性点共轭齿面间的接触条件。提出了一种在初始设计阶段就可保证弧齿锥齿轮具有预期加载接触性能的主动设计方法 ,并将其用于某航空发动机中央传动弧齿锥齿轮的齿面综合     

Head-cutter for optimal tooth modifications in spiral bevel gears

A method for the determination of optimal tooth modifications in spiral bevel gears based on improved load distribution and reduced maximum tooth contact pressure and transmission errors is presented. The modifications are introduced into the pinion tooth-surface by using a head-cutter with bicircular profile and with optimal diameter. In the optimization of tool parameters the influence of relative position errors of the mating gears is included.By using the computer program developed for load distribution calculation, the influence of head-cutter parameters and relative position errors of the mating gears on tooth contact and transmission errors is investigated. Based on the results obtained, the radii and the position of the circular tool profile arcs and the cutter diameter for pinion teeth finishing were optimized. By applying the optimal tool parameters, the maximum tooth contact pressure is reduced by 45% and the maximum angular position error of the driven gear by 60%, in regard to the spiral bevel gear pair with a pinion manufactured by a cutter of straight-sided profile and of diameter determined by the commonly used methods.     

弧齿锥齿轮接触特性的概率分析

弧齿锥齿轮齿面接触特性受到传动系统中许多随机因素的影响,概率分析可对齿面接触中的随机特性进行量化描述。本文针对某航空发动机弧齿锥齿轮传动系统,将传递功率、转速、转子不平衡量及支承刚度等作为基本随机变量,通过对系统进行动态概率计算,获得了齿轮安装基点变形的统计规律。将概率分析引入齿面接触分析技术中,研究了在齿轮安装基点随机变化过程中齿面接触域和传动误差的概率特性,计算了齿面稳定接触的可靠性。     

弧齿锥齿轮的接触特性研究

根据弧齿锥齿轮的加工原理，建立了弧齿锥齿轮的切齿共轭方程，在考虑误差和支承刚性的条件下，对锥齿轮的接触特性进行了研究，并分析计算了误差及支承刚性对齿轮副的接触印痕和运动曲线的影响。     

加载螺旋锥齿轮接触轨迹变化规律的研究

螺旋锥齿轮的接触轨迹直接反映传动质量,基于加载接触有限元分析原理,给出螺旋锥齿轮有限元加载接触分析模型的构建方法,取一对三齿螺旋锥齿轮模型,研究在轻载和重载情况下轮齿的接触力变化情况,得到载荷对接触轨迹及传动误差的影响规律,为高质量弧齿锥齿轮传动提供了一种设计方法与手段。