弧齿锥齿轮传动仿真分析及修形优化

利用多体动力学理论,建立了弧齿锥齿轮传动模型。在综合考虑箱体加载状态下各零件所引起的系统叠加变形基础上,结合有限元法进行了轮齿接触分析,研究了实际工况下轮齿受力、齿面接触、传递误差、振动幅度等影响啮合质量的主要因素。依据动态齿面接触分析中轮齿应力集中和边缘接触等啮合缺陷,进行了轮齿齿面修形,并且对比了修形前后影响啮合质量的轮齿受力及传递误差等因素,提出了改善轮齿接触和动态特性的修形方案。与传统方法相比,该方法可以有效减少试验费用,缩短开发周期。     

摆线齿锥齿轮重合度的近似计算

齿轮副的啮合特性是由其齿面的几何形状决定的,通过对摆线齿锥齿轮的啮合理论分析,得出一对摆线齿锥齿轮传动时的啮合转角与其参数之间的关系式,并进一步推导出利用啮合转角和产形轮齿数来近似计算重合度的公式;所导出的公式形式简单,对摆线齿锥齿轮的设计、加工具有一定的实用意义。     

摆线齿锥齿轮重合度的近似计算

齿轮副的啮合特性是由其齿面的几何形状决定的，通过对摆线齿锥齿轮的啮合理论分析，得出一对摆线齿锥齿轮传动时的啮合转角与其参数之问的关系式，并进一步推导出利用啮合转角和产形轮齿数来近似计算重合度的公式，所导出的公式形式简单．对摆线齿锥齿轮的设计、加工具有一定的实用意义。     

变速工况下球轴承-螺旋锥齿轮多体动力学分析

基于多体系统动力学方法,定义了球轴承钢球、套圈滚道和保持架之间的动态接触关系,螺旋锥齿轮传动的啮合接触关系,探索了变速工况下球轴承-螺旋锥齿轮系统的动力学分析方法.运用ADAMS建立了球轴承-螺旋锥齿轮传动多体动力学仿真模型,以变转速作为齿轮传动系统外部激励,计算了变转速工况下齿轮系统的动态响应.计算结果表明:变速工况下,啮合轮齿的动态接触力远大于常速工况,保持架受到较大较频繁的间隙碰撞力作用,运动稳定性相对较差.变速转速频率及其倍频为齿轮啮合力和球轴承动态接触力的主要频谱成分.常速工况下,常速转速频率及其倍频和啮合频率为齿轮啮合力的主要频谱成分,保持架转速频率及其倍频为球轴承动态接触力的主要频谱成分.计算模型和分析结果为复杂变工况下球轴承-螺旋锥齿轮系统动力学分析和动态设计提供了分析方法.     

椭圆齿轮传动系统非线性动态特性分析

为获得椭圆齿轮副工作时的振动规律,以实现其稳定、高效传动,在分析椭圆齿轮固有特性的基础上对椭圆齿轮非线性动力学特性进行了研究。以齿轮动力学理论为基础,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、粘弹性阻尼的椭圆齿轮非线性动力学模型,利用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对椭圆齿轮传动系统非线性动力学方程进行求解,绘制了系统的位移响应,相轨迹以及Poincaré映射,得到激励频率、阻尼比、时变啮合刚度、以及内部激励4个控制参数对传动系统动态响应的影响。椭圆齿轮副动力学模型的建立、求解和参数影响分析可以为后续的动态设计、不同参数下的振动响应趋势预测以及降噪提供一定的理论依据。     

内啮合齿式离合器轴向接合过程的冲击特性

为了研究齿式离合器中内啮合齿轮副在接合过程中产生的轴向和周向冲击载荷特性,基于系统动力学分析软件ADAMS,建立齿轮副啮合冲击计算模型,计算轮齿轴向接合过程的动态特性和冲击载荷;分析主动轴连接部件扭转刚度对离合器接合动态特性的影响,并以改善离合器轴向接合特性为目标,改进轮齿端面结构,分析端面结构修形后的动态特性.结果表明,齿式离合器的主动齿和从动齿经过多次碰撞后实现轴向接合,最大接触力和力矩出现在第一次碰撞过程中,结合过程的动态特性与冲击载荷主要与齿轮副转速差、轮齿间隙、主动轴刚度与轴向推动力等因素相关.该结果可为内啮合齿式离合器的改进设计提供参考.     

用静态传递误差法进行高速双圆弧齿轮的振动分析

在微机上建立并求解了双圆弧齿轮的单自由度非线性力学模型和动力学方程；编制了计算轮齿动载和动载系数的计算机程序，并将静态传递误差引入齿轮振动微分方程求解中；可为今后进一步进行高速双圆弧齿轮的动态优化设计打下了基础。     

求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法

首先建立了描述齿轮系统扭转振动的动力学分析模型,并推导出综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、动态传递误差等非线性因素的齿轮系统非线性动力学的统一微分方程。介绍了用于求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法的原理,并推导了频率响应方程。利用多尺度方法获得的近似解析解与直接进行数值积分所获得的精确解吻合得较好,表明多尺度方法是求解复杂非线性微分方程最有效的方法之一。     

考虑多齿廓偏差的大重合度齿轮动态特性研究

齿廓偏差是引起传动系统产生振动和噪声的主要因素之一,为了有效探究齿廓偏差对大重合度齿轮动态特性的影响,本文在充分考虑参与啮合轮齿齿廓偏差特点的基础上开展了大重合度齿轮动态特性研究。通过分析大重合度齿轮的啮合特点,构建了考虑不同轮齿啮合状态的大重合度齿轮多齿动力学模型。在考虑齿廓偏差构成特征的基础上,利用齿面接触分析(TCA)方法对产生的啮合误差进行了求解,并将其求解结果引入到大重合度齿轮多齿动力学模型,形成了考虑多齿廓偏差的大重合度齿轮动力学特性分析方法。在充分考虑每对轮齿齿廓偏差的基础上,分析了不同因素对大重合度齿轮动力学特性的影响。结果表明,本文的研究方法能够充分考虑到参与啮合轮齿不同齿廓偏差带来的影响,为进一步提高大重合度齿轮动态特性分析的有效性提供了参考。     

考虑摩擦的磨损和修形齿轮啮合刚度计算

研究齿面偏差对齿轮啮合刚度的影响,对准确获得齿轮系统动态特性具有重要意义。本文基于改进能量法,提出了一个求解考虑齿面摩擦的直齿轮啮合刚度的完整模型。该模型通过齿廓的参数方程,实现考虑齿轮加工刀具圆角半径和齿面偏差对齿轮单齿啮合刚度的影响;通过齿形误差带来的齿间间隙和轮齿加载变形量的关系,求解出双齿啮合区齿轮副总刚度。分析了磨损齿轮和修形齿轮的啮合刚度、齿间载荷分配系数和传递误差。结果表明：齿面非均匀磨损量会显著降低双齿啮合区刚度并降低重合度,轻载条件下尤为严重;修形齿轮载荷大于修形设计载荷值时,修形效果不明显,而载荷小于修形设计载荷值时,可能出现刚度不足、重合度减小和加载传动误差显著增大等问题。     

考虑轴变形影响的零度弧齿锥齿轮传动误差计算研究

传动误差是评判弧齿锥齿轮啮合性能的重要指标之一,直接反映弧齿锥齿轮的传动啮合特性,其与轴系结构密切相关.本文主要研究轴系结构与传动误差之间的正向设计计算方法,提出一种基于通用软件工具平台的考虑轴变形影响的弧齿锥齿轮传动误差数值计算方法,并与国际先进弧齿锥齿轮设计软件(KIMoS软件)进行对比,验证本文计算方法.针对两种轴系结构设计方案,应用本文方法分析轴变形对航空发动机弧齿锥齿轮传动误差的影响.分析计算结果表明:支撑形式对齿面接触力的大小影响甚微,但支撑形式与轴的变形对传动误差的影响较大.通过改变轴系的支撑结构可以获得良好的弧齿锥齿轮传动误差曲线.本文工作可为研究轴系结构与零度弧齿锥齿轮传动误差关系提供参考.     

Influence of cutter diameter on meshing performance in spiral bevel gears

Playing a critical role in transmitting movement and power, the meshing performance of spiral bevel gears has a significant effect on products' operational performance. To evaluate the meshing performance, the accurate three-dimensional(3D) spiral bevel gear models are established through the Pro/E and MATLAB softwares, and the finite element analysis(FEA) methods are applied to the theoretical investigation of the influence of cutter diameter on meshing performance in spiral bevel gears. The results obtained show that the cutter diameter has a significant influence on spiral bevel gears' meshing performance, such as the contact area, contact pressure, bending stress, torsional stiffness and transmission error.     

弧齿锥齿轮的有摩擦承载接触分析

提出了柔度张量的概念,并推导了弧齿锥齿轮有摩擦承载接触问题的数学规划解法。首先采用有限元方法计算工作齿面网格结点的柔度张量,并通过插值和叠加获得一对啮合齿在各接触位置上接触椭圆长轴散点的综合柔度,然后结合齿面几何因素,建立了弧齿锥齿轮接触问题的线性规划模型,采用载荷增量法求解了有摩擦的接触变形过程。最后以一对弧齿锥齿轮为例,进行了整个啮合过程的承载接触分析。     

基于抛物线修形的斜齿轮传动啮合特性研究

齿面修形是提高齿轮副啮合性能的重要手段.为了提高啮合传动特性,对斜齿轮采用沿齿廓方向抛物线修形的齿面结构.结果表明,修形的斜齿轮传动啮合特性明显改善,接触路径沿两齿面齿长方向分布,恰当选择修形因数,可有效避免边缘接触;在存在轴夹角误差的条件下,几何传动误差为不连续直线段,因而振动和噪声不可避免;啮合区域对安装误差不敏感,在未对准安装的条件下,啮合印痕向轮齿两端仅有较小的偏移.     

斜齿轮滑动摩擦功率损失的计算

应用齿轮啮合理论,提出了斜齿轮啮合滑动摩擦功损的计算方法。首先,利用轮齿接触分析得到齿轮副的啮合路径和接触印痕;然后,利用承载接触分析求得齿面接触点法向载荷和承载传动误差,通过求解一个周期内所有啮合位置,可以得到一对轮齿从进入啮合到退出啮合所有接触点的法向载荷和承载传动误差,极大减少了计算工作量;最后,将承载传动误差转换成齿面接触点的相对滑动速度并与该接触点处的摩擦力相乘得到该点的滑动摩擦功损,将所有接触点的滑动摩擦功损一起带入功率近似计算公式从而得到斜齿轮啮合的滑动摩擦功率损失。     

大重合度面齿轮传动设计及仿真

为了提高面齿轮传动的承载能力,改善齿轮副啮合传动时的动态性能,以齿面接触分析和承载接触分析为工具,通过齿面曲线修形调整接触迹线方向,提出设计面齿轮副大重合度的方法．利用盘形刀具对小齿轮沿齿长方向抛物线修形,降低啮合印痕对安装误差的敏感性．以重合度和承载传动误差的振动幅值为目标,给出了大重合度面齿轮传动优化设计流程．引入了啮合齿对系数的概念,对齿轮副的重合度进行了计算．研究结果表明：通过齿轮副抛物线修形因数和抛物线顶点参数,以及沿小齿轮齿向修形因数的设计与调整,可设计出动态性能良好,重合度高达3．0以上的面齿齿轮副,为高负载的面齿轮传动设计提供了依据．     

正交面齿轮齿面方程及三维建模仿真的研究

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的齿轮传动,其传动的原理是渐开线直齿圆柱齿轮和圆锥齿轮相互啮合传动,由于这种特殊的传动关系,因此面齿轮齿面复杂,设计参数多,设计周期长.深入研究了其运动原理,推导了正交面齿轮的齿面方程,同时应用Pro/E 三维软件对其齿面进行建模仿真,提高了面齿轮的设计效率.     

基于加工方法和啮合理论的螺旋锥齿轮精确实体造型

提出了基于加工方法和啮合理论的螺旋锥齿轮精确齿面的实体造型方法。通过分析锥齿轮的加工方法和齿轮啮合理论,建立了螺旋锥齿轮齿面数学模型。根据齿面均匀离散点的输出数据,对齿面进行重构,实现了螺旋锥齿轮的精确实体造型,采用了齿面偏差法对生成实体模型精度进行了评估。研究结果对于螺旋锥齿轮数字化设计和制造具有重要意义。     

摆线齿形误差检测分析

摆线齿轮是摆线针轮行星传动的关键零件,针对国内生产现状,提出了三坐标测量机和工具显微镜进行摆线轮误差的测量,两者均可反映整个台廓的齿形误差,对提高摆线轮的加工精度提供了理论保障。     

复合摆线少齿差行星传动的齿廓几何特性与啮合特性变化规律

针对摆线针轮少齿差行星传动的摆线针轮啮合角大、转臂轴承可靠性低与针齿均布位置精度要求高等问题,作者利用几何可控性较强的复合摆线构建少齿差行星内齿齿廓,提出一种新型高性能复合摆线内齿型少齿差行星齿轮副：基于传统摆线行星传动几何原理,提出复合摆线内齿齿廓曲线的几何设计方法,分析齿形调控参数c₂对复合摆线内齿齿廓曲线几何形状与曲率变化的影响规律;基于齿轮啮合运动学共轭原理,建立复合摆线内齿齿廓方程、齿轮副共轭传动啮合方程、少齿差行星共轭齿廓方程与啮合线方程;利用参量转化法分析复合摆线内齿齿廓的啮合界限特性;根据共轭齿廓出现奇异点的几何原理,推导其不发生根切的判定方程;研究该新型齿轮副的啮合线、重合度、压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性及其变化规律,提出诱导法曲率与滑动率的啮合区间敏感性分析方法。研究结果表明：复合摆线内齿齿廓存在啮合界限点,啮合界限特性与根切判定方程分别为新型齿轮副内齿齿根过渡曲线设计、共轭齿廓无根切设计提供了有效的理论方法;啮合线与重合度的分析表明该新型齿轮副具有多齿啮合特性;当新型齿轮副的齿数、偏心距、齿高和内齿分布圆半径确定后,c₂是唯一影响压力角、诱导法曲率与滑动率的齿轮参数,行星轮压力角的最小值与平均值随c₂减少而降低,在一个啮合周期内,c₂对诱导法曲率与滑动率的影响存在着不敏感与敏感区间,可忽略c₂对不敏感啮合区间诱导法曲率和滑动率的影响,敏感区间的诱导法曲率平均值、滑动率幅值与平均值均随着c₂减少而降低。相对于同参数的传统摆线行星传动,新型齿轮副在压力角、诱导法曲率与滑动率等啮合特性方面具有传动优势,相应地,反应出其较好的多齿啮合特性、传力特性、润滑与承载特性及抗磨损特性,具有一定的工程应用价值。