基于解析法和有限元法融合的准双曲面齿轮接触分析研究

以汽车驱动桥准双曲面齿轮为研究对象,研究解析法与有限元法融合的齿面接触分析方法。基于HFT法建立准双曲面齿轮加工数学模型,推导出齿面方程。通过构建齿面啮合数学模型,采用解析法计算出传动误差。通过数值算法求解出数值齿面,并构建出齿轮三维模型。将齿轮模型导入ABAQUS软件,通过提取每一帧的齿面瞬时接触椭圆,将其全部显现在最后一帧,从而获得齿面三维接触区。对一对准双曲面齿轮进行齿面接触有限元仿真,并进行磨齿加工实验。结果表明：有限元齿面接触区仿真结果与MASTA软件结果一致,与实际滚检接触区吻合,验证了所提出的齿面接触分析方法的正确性。     

准双曲面齿轮副节锥参数新算法

提出了新的确定准双曲面齿轮各节锥参数之间几何关系的计算公式,并基于此计算原理,提出新的准双曲面齿轮节锥设计、大轮齿面成形和小轮齿面成形的计算方法。应用该新算法可简便地求出齿轮的加工参数和进行齿面优化设计。     

成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计与理论检验

建立了准双曲面齿轮传动成形法大轮齿面的数学模型,该数学模型不包含机床调整参数,仅与齿轮和加工刀盘的几何结构参数有关.在大轮轴截面内描述空间齿面啮合的接触点迹线,根据点啮合齿面主动设计原理和方法,得到了成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计的计算公式.提出了一种检验点啮合齿面主动设计过程和结果正确性的理论方法,并提供了用于检验的计算公式.最后,给出了一个成形法大轮准双曲面齿轮传动点啮合齿面主动设计与理论检验的算例.     

准双曲面齿轮设计与制造

从准双曲面齿轮制造的基础理论出发,在成功地仿制格利森准双曲面齿轮的基础上,就其加工工艺、切齿方法的选择、机床的调整计算等方面总结了单件加工准双曲面齿轮的加工经验,对准双曲面齿轮的推广应用有一定的借鉴作用。     

基于实际加工过程准双曲面齿轮建模方法研究

通过模拟准双曲面齿轮实际加工过程,分别讨论不同传动比时齿轮建模方法.通过在UG NX软件中建立准双曲面齿轮在不同加工方法下的实体模型,可简化准双曲面齿轮设计人员在进行齿轮分析前繁琐的建模过程并提高建模的精度.     

基于啮合错位的驱动桥准双曲面齿轮加载性能分析

为了掌握汽车驱动桥准双曲面齿轮在实际工况下的齿面啮合性能,基于Masta软件对驱动桥准双曲面齿轮进行了加载啮合性能分析。通过建立驱动桥有限元模型,利用Masta软件的系统变形分析功能计算出实际工况下齿轮啮合错位量。通过对啮合错位下准双曲面齿轮进行加载接触分析,获得齿面加载接触区、加载传动误差及齿面接触应力随载荷的变化趋势。最后在传动试验台上进行了驱动桥台架加载试验,实际加载接触区与软件仿真接触区一致,验证了仿真结果的正确性。这为准双曲面齿轮的齿面设计及优化提供了参考。     

准双曲面齿轮CAD系统开发

文中介绍了运用VC 与AutoCAD二次开发工具ObjectARX2000开发准双曲面齿轮CAD系统的过程和方法，及其体系结构和主要内容。该系统能方便完成图表数据检索、齿坯设计、强度校核、绘图、调整卡计算输出。     

弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮模型设计的方法及展望

Accurate modeling of spiral bevel and hypoid gear is the foundation of the tooth contact analysis(TCA) technology and error correction technology of the tooth surface,which is the key technology in digitized manufacturing. This paper summarized the related achievements and divided the methods of modeling spiral bevel and hypoid gear into three categories,including modeling by discrete points on the tooth surface,curve fitting,and simulation machining,and generalized the main steps and the key ideas of each method. At the same time,this paper analyzed the problems and inadequacies existing in the process of model design. Three directions were proposed for modeling of spiral bevel and hypoid gear in the future,that are more accuracy,more efficiency and more flexibility. The paper provides some methods that make the design and machining of spiral bevel and hypoid gear faster and more accurately.在弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的数字化制造中,精确模型是其关键技术—齿面接触分析技术(TCA)和齿面误差修正技术的基础。总结和归纳了近些年来国内外相关研究成果,将弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的模型设计方法分成离散点、曲线拟合、仿真加工模型设计3种类型,并概括了其关键思想与步骤。同时,分析了模型设计过程中存在的一些问题与不足,整合先进方法和思想,对未来弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮模型设计研究提出了高精度、高效率、高柔性3个发展方向,为弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮更加快捷精确地设计和加工提供了参考。     

准双曲面齿轮制造技术

从准双曲面齿轮的基础理论出发,阐述了其特殊性、优越性和复杂性.介绍了准双曲面齿轮齿形的切削加工和少无切削加工.其中对正处于研制阶段的少无切削加工——精锻技术做了较为详细的阐述,包括其国内外状况、几个重点研究的方面及发展趋势.在总结两种方法的基础上对未来准双曲面齿轮加工制造的前景进行了展望.     

准双曲面齿轮数控加工仿真系统设计

根据准双曲面齿轮数控加工原理,提出了CNC铣齿机、齿轮毛坯和盘铣刀实体模型的具体构建方法;利用简化的齿轮毛坯实体模型和盘铣刀实体模型做布尔减运算,在计算机上实现了模拟工件材料的去除过程;通过加工仿真结果和实际加工结果对比,验证了加工仿真方法的正确性.所获得的仿真结果可为齿面接触分析和有限元应力分析提供精确的实体模型.     

准双曲面齿轮几何设计新方法

介绍了一种准双曲面齿轮几何设计方法.通过准双曲面齿轮副的节锥几何关系,建立了包含7个节锥参数并由4个方程构成的节锥参数基本方程组.采用这组方程,以大轮的节锥角和节圆半径以及小轮的螺旋角这3个参数为自由变量,以准双曲面齿轮副的偏置角为中间变量,用数值求解方法能够非常方便可靠地确定节锥几何参数.在不考虑顶隙的情况下,小齿轮的顶锥与大齿轮的根锥相切,小齿轮的根锥与大齿轮的顶锥相切,应用准双曲面齿轮副的节锥几何关系来确定小齿轮的顶锥角、根锥角、顶锥顶点和根锥顶点到齿轮副轴线交错点的距离等几何结构参数,推导和提供了相应的几何结构参数设计计算公式.通过实例验证了该方法的有效性.     

面齿轮齿面方程及其轮齿接触分析

以面齿轮传动理论为基础,从微分几何、啮合原理出发,研究面齿轮的啮合方法、几何特性.论述了面齿轮齿面方程的建立及其齿面方程的限制条件;同时,讨论了面齿轮在啮合过程中的齿面接触情况.给出了基本公式及相关的计算实例.     

行星齿轮孔-轴承外圈接触及齿根应力分析与寿命估算

上海某公司破碎设备上使用的KPBV150二级行星齿轮减速器运行两年后发生断裂,二级行星齿轮严重失效.为了彻底找出减速器的失效原因,对危险零件做了强度分析.利用Pro/E、CAXA与ANSYS软件之间良好的数据接口,运用CAXA、Pro/E软件建立二维和三维几何模型,在大型分析软件ANSYS中,对失效零件做出了准确的强度分析,主要包括齿轮孔与轴承外圈的接触应力分析以及齿轮的齿根弯曲应力分析.得到了齿根弯曲应力及行星齿轮内孔与轴承外圈过盈配合接触部分的应力分布情况,对行星齿轮设计安全系数进行了评价,推导了破损材料的临界裂纹尺寸,并对齿轮的疲劳裂纹扩展寿命进行了估算.     

弧齿锥齿轮齿顶倒棱锥形砂轮加工方法研究

为了实现弧齿锥齿轮齿顶倒棱高效加工,提出一种基于锥形砂轮的倒棱方法。建立弧齿锥齿轮和锥形砂轮的实体模型,以砂轮沿垂直于面锥方向切入最大深度为原则,采用实体接触分析方法,确定砂轮与齿轮的空间运动关系。基于空间运动关系完成倒棱仿真加工,仿真结果表明:该方法可同时加工两侧齿顶,加工效率较高且在通用五轴加工中心上即可实现。为了评价倒棱效果,提出一种倒棱效果的定量测量方法,在倒棱仿真模型上选定的多个测量位置,测量倒棱效果并与理论模型进行比较,依据比较结果可确定砂轮锥角的优化值。     

基于平面砂轮的面齿轮数控切、磨齿技术

传统上面齿轮的加工都是基于小齿轮与其啮合的模拟,导致刀具没有通用性,加工过程复杂,针对这一问题,借助数控技术,提出了采用平面刀具加工面齿轮的方法。首先论述了平面刀具的设计、平面刀具展成加工面齿轮的原理,并结合格林森的技术,提出了平面刀具加工面齿轮所需运动配置。其次通过数学推导,建立了平面刀具加工面齿轮的数学模型,并进行了数控转换。最后对平面刀具加工面齿轮的理论方法及其数控方法进行了仿真模拟,模拟表明:采用平面刀具加工面齿轮可获得理论齿面,其数控加工方法的齿面误差可小达2.56μm。     

考虑冲击与齿根应力的齿轮接触稳定性分析

为研究齿轮冲击、运行工况等因素对齿根应力及齿轮接触稳定性的影响,阐明各因素间关联关系,应用能量守恒定理计算了变工况下齿轮啮合冲击力,并用修正后的齿根应力计算法对不同转矩下齿根应力进行计算。并以一对机匣齿轮为例,应用有限元法建立真实工况下齿轮动态啮合模型,计算齿轮动态接触力,与理论值进行对比,验证其合理性。随后分别分析不同工况对齿轮啮合冲击力、齿根应力与接触稳定性的影响,最后综合分析了转速、转矩、啮合冲击力、齿根应力之间关联关系,阐明了齿轮接触稳定性随工况变化的规律,为齿轮系统最佳工况选取及接触稳定性优化提供参考。分析结果表明：转矩变化会引起接触力、齿根应力与啮合冲击共同变化,其对接触稳定性的影响大于转速。     

基于视觉的齿轮齿形参数测量方法

齿轮检测技术是检验齿轮生产和质检能力的有效手段之一,随着近些年对齿轮精度要求的不断提高,非接触式的齿轮参数测量方法被越来越多地应用到实际生产和质检环节中。提出一种利用机器视觉实现齿轮齿形参数测量的方法,实现非接触式齿轮齿形参数测量。此测量系统使用轮廓拟合法来测量齿轮齿形基本参数,使用事件结构编写程序,完成了基于视觉的齿轮齿形参数测量系统。利用USB摄像头,使用背光光源对齿轮进行照明,通过USB接口连接到计算机上,利用Lab VIEW图形化编程平台的IMAQ模块对采集到的齿轮图像进行分析处理;还加入了系统测量误差分析模块,能够实时计算并显示测量误差。实验结果表明:此系统运行稳定,可重复性良好,测量精度高。     

传动箱轴齿轮齿牙断裂分析

通过对某大型天线传动箱轴齿轮材料的检测分析表明,发生断齿的主要原因是该轴齿轮在生产过程的热处理淬火工序中严重过烧,基体材料晶粒严重粗大脆化,齿根部位的冲击韧度只有标准值的42％.