考虑轴线平行度误差的齿轮接触有限元分析

以某减速传动齿轮副为研究对象,考虑轴线平行度误差,基于PrO/E软件建立三维装配模型,并导入ANSYS软件运用三维接触有限元方法分析其齿向接触应力分布规律,与赫兹计算方法比较验证了有限元结果的准确性。研究结果表明:x方向和y方向轴线平行度误差均会使承载齿面接触应力出现一端偏载,提高装配精度是改善齿面偏载的有效方法,为齿轮设计分析提供参考。     

人字齿面齿轮传动及其几何啮合特性

基于人字齿轮传动的特点和面齿轮传动的原理,提出了面齿轮人字齿的构建方法,为了使得不同旋向的轮齿均获得局部接触特性,采用了齿向俢形以实现接触路径的偏移;为在最大限度上利用面齿轮人字齿的齿宽,提出了面齿轮无退刀槽人字齿的加工方法,设计了其使用的刀具;阐述了面齿轮人字齿的加工原理,建立了坐标系,并推导了面齿轮人字齿面的数学模型和齿面几何啮合性能仿真模型;最后给出了面齿轮人字齿面的计算结果,并绘制了虚拟样机,并完成了齿面接触分析。结果表明:人字齿面齿轮圆柱齿轮的啮合具有理想的啮合性能,可以满足啮合传动的需要。     

考虑轴线平行度误差及热变形的齿轮修形设计

以渐开线直齿圆柱齿轮副为研究对象,基于改进的摩擦热量离心抛射扩散模型计算齿面对流换热系数,综合有限元仿真及摩擦生热分析求得齿面热流量,计算了考虑轴线平行度误差的齿轮副本体温度,进而建立热-结构耦合分析模型,研究轴线平行度误差、温度影响下齿轮副的修形量,给出了确定合理齿廓及齿向修形量的方法。结果表明,温度对修形量有一定影响,轴线平行度误差使得齿轮副齿向两端啮入/啮出干涉量不同,存在偏载的齿轮副应按齿廓齿向综合修形方式对齿轮副修形。     

对中误差及误差耦合补偿对人字齿轮啮合特性的影响

为了研究由加工产生的对中误差对人字齿轮啮合传动的影响,提高传动的稳定性,根据人字齿轮的结构特点和轮齿几何接触模型,综合考虑齿面间隙、力平衡条件及轴向位移等因素,建立了含对中误差的人字齿轮承载接触分析模型;分析不同对中误差对人字齿轮的轮齿接触和轴向振动的影响,提出了一种利用轴向装配误差与对中误差耦合作用的补偿方法.研究结果表明,对中误差严重降低了人字齿轮传动的稳定性和可靠性,而误差耦合补偿可以降低对中误差引起的偏载和轴向振动,为传动过程的优化提供了新方法,对提高人字齿轮系统的动态特性具有重要意义.     

压裂泵组合式人字齿结构轮齿修形研究

组合式人字齿轮的变形及误差会降低齿轮传动啮合性能,针对这一问题,以某型号压裂泵动力传动系统组合式人字齿轮副为例,对组合式人字齿的传动啮合特性进行了理论强度计算、误差分析、仿真修形及实验研究。首先,分析了该齿轮副的结构形式,计算了该传动系统人字齿轮副的接触及弯曲疲劳强度,并分析了影响齿轮接触及弯曲疲劳强度的因素;然后,对该齿轮结构的误差形式及补偿措施进行了分析讨论,并对齿轮轴的变形及齿部修形特性进行了理论分析;最后,基于KISS soft软件计算出了齿廓的修形量,通过对比不同修形量对齿轮副的传动误差、接触应力及啮合斑点的影响,得出了最优的修形参量,并进行了实验验证。研究结果表明：轮齿修形补偿了变形及误差对齿轮传动特性的影响,同时其传动误差峰值降低了38%,齿面线载荷降低了41.3%,齿面接触区沿齿向分布均匀化,传动啮合性能得到了较大的改善。     

实际工作条件下人字齿轮变载荷疲劳性能分析方法

齿轮在实际工作中存在安装误差和轴变形,会造成齿轮偏载情况,影响齿轮的接触状态与齿轮疲劳性能;齿轮变载荷作用下,考虑安装误差和轴变形对疲劳性能的影响是人字齿设计中的难题之一。给出了一种实际工作条件下的人字齿轮变载荷下的疲劳性能分析方法:给出考虑安装误差和轴变形影响的有限元接触分析模型建模方法;基于有限元接触分析模型,计算出实际载荷工况下的人字齿轮偏载情况;基于加载接触分析得到了接触应力结果,根据载荷谱计算出接触强度的安全系数。实例计算表明,对实际使用的一对修形人字齿,左右齿面偏载最大达到10.75%。研究工作为高性能人字齿设计分析提供一种有用的参考方法。     

考虑误差的人字齿轮副轮齿接触分析

根据齿轮啮合原理,基于斜齿轮的几何接触分析,对5种不同误差条件下的人字齿轮啮合过程进行计算机仿真,对传动过程中的齿面接触质量进行分析评估,得到5种不同误差条件下啮合过程中的接触印痕及传动误差曲线。观察仿真结果,分析了不同误差形式对人字齿轮传动性能的影响,有利于控制人字齿轮设计制造中的误差,对于提高人字齿轮传动质量具有重要的意义,同时为进一步进行人字齿轮承载接触分析提供基础研究。     

一种平行轴圆截面线齿轮齿廓的构建方法

在空间曲线啮合理论的基础上,研究平行轴线齿轮的传动机构。以螺旋线为中心线,研究截面为圆时主动线齿的曲面方程,并以此构建主动线齿轮齿面齿廓。以同轴心的圆截面为从动线齿轮的齿廓截面,并根据从动轮中心线构建从动轮齿面方程。分析线齿轮啮合传动时主动线齿上的正反转接触线,并根据空间曲线啮合方程求出从动线齿的正反转接触线。此正反转接触线应满足从动线齿轮中心线构建的圆截面从动线轮齿面方程。可通过增加齿数提高其重合度以提高传动稳定性。通过建立线齿轮副3D模型并进行运动学模拟仿真实验,结果表明,此方法构建的平行轴圆截面线齿轮装配无法向侧隙,且传动过程无干涉,能够满足设计的传动比需求。     

提高高速重载齿轮齿面接触精度的工艺

高速重载齿轮对齿面接触精度要求较高。在齿轮生产过程中,目前单件齿轮的磨齿精度,我厂已稳定达到4级/GB10095—88。由于受到齿轮精度、箱体刚性及轴承孔尺寸和形位误差等因素的影响,仅仅靠保证单件齿轮的磨齿精度,往往不容易得到良好的齿面接触精度,这就直接影响了高速重载齿轮的承载能力。因此,针对高速重载齿轮的传动特点,在设计和制造工艺上我们采用了下列几种方法来提高齿面接触精度。一、调整轴承在结构设计上使轴承成为调整环节,即采用刮削轴瓦或稍微调节轴承位置,对轴心线不平行度△x及△y进行微量调整,使接触精度达到要求,这是较常采     

基于KISSsoft软件的人字齿轮传动修形设计研究

基于KISSsoft软件对人字齿轮副修形参数设计进行设计研究,以传递误差曲线、法向线载荷和齿面载荷分布等性能指标为修形参数优劣判断依据,给出修形评价指标与齿轮设计参数之间的关系;考虑轴线平行度偏差和转矩等因素的影响,研究人字齿轮齿廓修形和齿向修形参数的设计,给出基于KISSsoft软件的人字齿修形参数设计流程。以1对工业界实际的人字齿轮副参数为对象,针对原修形参数下存在的传递误差大、齿面载荷分布集中和法向线载荷较大等问题,对修形参数进行重新设计,获得优化的修形参数。优化后的修形参数与原修形参数相比,降低了齿轮传递误差、降低了齿向载荷分布集中程度、减小了法向线载荷。研究表明,使用KISSsoft软件优化人字齿轮修形参数避免了传统通过滚检获得接触区域、反复调整修形设计与验证的繁琐复杂的设计制造流程。     

变位非正交面齿轮副小轮齿向修形轮齿接触分析

建立了变位非正交面齿轮的加工坐标系和啮合坐标系,推导了变位小轮及变位非正交面齿轮的齿面方程,计算得到了面齿轮数值齿面,分析了变位对非正交面齿轮齿宽的影响。在变位的基础上研究了对小轮进行齿向鼓形修形,而面齿轮不修形的修形方式。分别对未变位、变位、变位加小轮齿向修形的三种非正交面齿轮传动形式进行考虑安装误差的轮齿接触分析。研究表明：随着变位系数增大,非正交面齿轮最小内半径、最大外半径及极限齿宽均减小;变位不影响非正交面齿轮副的接触规律;小轮齿向修形能降低接触轨迹对安装误差的敏感性,会引起幅值较小的直线型传动误差。     

采用碟形砂轮的斜齿面齿轮磨齿技术研究

为了制造出高精度硬齿面斜齿面齿轮和获得抛物线传动误差并改善啮合性能,对采用碟形砂轮加工双向修形的斜齿面齿轮的磨齿方法进行了研究。设计了渐开线失配的碟形砂轮齿面,分析了碟形砂轮磨削斜齿面齿轮的展成原理,根据展成原理和用渐开线失配的碟形砂轮并改变砂轮的运动,推导出双向修形斜齿面齿轮的齿面方程。给出了双向修形斜齿面齿轮的齿面计算和接触分析实例,结果表明:理论齿面的最大齿面误差为5.98×10-4μm,采用碟形砂轮加工双向修形斜齿面齿轮的磨齿方法是可行的,获得了斜齿面齿轮抛物线传动误差,避免了边缘接触并改善了斜齿面齿轮的啮合性能。     

The influence of misalignments on mesh performances of hypoid gears

A new method for tooth contact analysis in mismatched hypoid gears is applied for the investigation of the influence of misalignments of the mating members on mesh performances. By using the corresponding computer program, the influence of running offset error, pinion’s axial adjustment error, and angular position errors of the pinion axis on the shape and position of path of contact and of potential contact lines under load, on separations along these contact lines, on angular displacements of the gear member, and on the variation of the angular velocity ratio through a mesh cycle, have been determined. The results obtained have shown that the position errors of the mating members cause edge contact on the tip of the pinion or gear tooth, worsen the conjugation of the contacting tooth surfaces, and considerably increase the angular displacements of the gear member and the angular velocity ratio variation through the whole mesh cycle, that considerably worsens the mesh performances.     

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.     

含安装误差的鼓形齿轮承载接触分析

基于齿轮范成原理，建立修形后直齿的鼓形面数学模型，并根据齿轮接触分析（Tooth contact analysis，TCA）结果进行齿面接触线上接触点的离散。基于Weber能量法，求解齿间载荷分布，并利用线性规划法，求解齿向载荷分布。在得出齿面的实际载荷分布后，建立鼓形齿面的圆柱体模型。利用赫兹原理，对含安装误差的鼓形齿面进行齿面接触应力分布求解。分析结果发现垂直平面误差较轴平面误差对接触应力分布影响更大，起鼓修形后齿面载荷分布虽然得到明显改善，但接触应力值会有所增大。接触应力分布结果与有限元方法结果规律相一致，证明了该方法的合理性，为齿轮承载接触分析（Loaded tooth contact analysis，LTCA）提供了新的简便方法。     

基于啮合特性直齿锥齿轮分支传动静力学均载分析

为了改善直齿锥齿轮分支传动系统性能,提出基于啮合特性的静态均载分析方法。通过建立考虑中心轮安装误差的单级分支系统多体齿轮齿面接触分析(MTCA)方法,获得各齿轮副初始接触间隙;计及该间隙引起的啮合偏差,采用集中参数法主要考虑中心轮的浮动特性,建立考虑其支撑变形、各齿轮扭转变形相互耦合的静力学平衡方程,获得各分支均载系数,分析了载荷、安装误差、支撑刚度等对系统均载系数的影响。结果表明,随支撑刚度、安装误差的增大,均载系数逐渐增大,轴向对正误差和偏置对正误差对均载系数的影响是等效的;随转矩的增加,均载系数逐渐减小;各分支齿轮副的几何传动误差大小反映了均载系数变化规律,即齿面初始间隙越大,承担的载荷越小。研究结果为高精度直齿锥齿轮分支系统的均载分析提供了理论参考。     

Ease-off拓扑修正的准双曲面齿轮齿面修形方法

为了提升驱动桥准双曲面齿轮传动的啮合性能,针对准双曲面齿轮刀倾半展成法(HFT)提出一种Ease-off拓扑修正方法。在建立齿面共轭啮合数学模型的基础上,推导出小轮基准齿面方程,通过计算小轮实际齿面与基准齿面之间的偏差,构建出Ease-off拓扑。借助二阶多项表达式对Ease-off拓扑分解,计算出齿面失配系数,通过调整齿面失配系数构建出修正Ease-off拓扑。通过比较当前Ease-off拓扑与修正Ease-off拓扑,消除小轮当前齿面与修正齿面之间的偏差,反求出小轮加工参数。最后以一对准双曲面齿轮为例进行齿面拓扑修形与磨齿加工,实际齿面印痕与仿真结果一致,验证了齿面拓扑修形方法的有效性。齿面加载接触分析结果表明,修形后齿面接触应力分布得到了改善,实际载荷下齿面接触重合度增加,从而验证了修形方案的合理性。     

Dynamic characteristics of a planetary gear system based on contact status of the tooth surface

Studies on the planetary gear have attracted considerable attention because of its advantages, such as compactness, large torque-to-weight ratio, vibrations, and high efficiency, which have resulted in its wide applications in industry, wind turbine, national defense, and aerospace fields. We have established a novel dynamic model of the planetary gear transmission by using Newton’s theory, in which some key factors such as time-variant meshing stiffness, phase relationships, and tooth contact characteristics are considered. The influences of gear axial tipping, operating conditions, and the meshing phase on the contact characteristics and the dynamic characteristics were researched systematically. It was found that the contact area of the tooth surface was moved due to the axial gear tipping, which obviously affected the meshing stiffness. With the increase in the inclination angle of the sun gear, the meshing stiffness decreases, which produces an evident influence on the high natural frequency in the planetary transmission system. In terms of the dynamic characteristics of the system, the component of rotating frequency appeared in the dynamic meshing force of the sun gear and the planetary gear. Moreover, the floating track of the center wheel varied significantly and exhibited an oval distribution as the inclination angle of the sun gear changed. When the inclination angle of the sun gear increased, the rotating frequency component increased significantly, but the other meshing frequency components remained unchanged; meanwhile, the deformation of the floating track also increased. If the inclination angle of the sun gear changes, the vibration state of the system and the collision impact could become more serious, and the lifetime of the planetary transmission system will reduce. Furthermore, when the load was increased, we found that the gear-tooth contact zone transformed from line contact to surface contact, the meshing stiffness increased, the effect of high natural frequency on the planetary transmission system became more evident, but its low-order natural frequency remained stable. With regard to the dynamic characteristics of the system, the components of the major frequency at the external gearing remained unchanged, but the rotation frequency of the sun gear and the meshing frequency amplitude increased linearly with the increase in load. In conclusion, the variation in the meshing stiffness of the planetary gear system had minor impact on the low-order natural frequency, but had a significant impact on the high natural frequency of the planetary transmission system due to the phase variation of the gear.     

插齿刀齿顶轴向等圆弧的设计

通常设计插齿刀在前端面齿顶宽比底边齿顶宽要窄,在轴向上要做成等圆弧难以实现。本文从两个方面叙述了直齿插齿刀齿顶在轴向上做成等圆弧半径求解的理论计算公式,以及插齿刀修磨到最薄时,仍能满足插制的齿轮齿根公差要求的校核计算公式,从而解决了插齿刀齿顶轴向方向上做成全圆弧或半圆弧的设计难题。     

空间轴交角人字行星齿轮系统动态特性研究

空间轴交角直接影响人字行星齿轮齿面的啮合位置和动态特性,通过将空间轴交角分解到轴平面(两齿轮轴线组成的平面)和垂直平面(通过轴线且与轴平面垂直的平面),推导两个平面中轴交角造成的齿面沿啮合线的等效位移,进而分析出轴交角对齿轮啮合刚度的影响。以输入侧为原点,输出侧齿面相互远离时轴交角为正,考虑人字行星齿轮左右扭转柔性的三段式建模,构建出一种新型空间轴交角人字行星齿轮系统动力学模型,并分析行星齿轮轴交角对齿轮动态特性的影响。结果表明：垂直平面轴交角对啮合刚度和动态啮合力的影响大于轴平面轴交角;空间轴交角增大时,内外啮合刚度均明显减小,且内啮合变化程度大于外啮合齿;动态啮合力会随空间轴交角正向增加而在输入侧增大,输出侧减小,负向增加时则相反。研究结果为人字行星齿轮系统的动态性能设计与控制提供理论基础和技术支撑。