蔡香伟[1]2015年在《航空弧齿锥齿轮的啮合特性分析及齿面设计研究》文中研究表明弧齿锥齿轮因具有传动平稳、承载能力强、结构紧凑等优点,被广泛应用于航空领域的传动中,作为航空发动机附件传动装置的关键部件,其啮合质量对系统的影响至关重要。齿面印痕和传动误差是评价啮合质量的关键指标,本文针对航空用弧齿锥齿轮,借助于轮齿几何接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)、承载接触分析(Loaded TCA,LTCA)等计算机仿真方法和试验测试手段,开展了高阶传动误差曲线的加工参数设计、啮合性能分析以及考虑齿面印痕偏移的小轮齿面再设计等一系列研究工作,形成软件系统并将其应用于航空产品的开发与试制。论文主要成果如下:(1)研究了弧齿锥齿轮小轮加工参数的逆向求解问题。已知小轮数值齿面,建立最小二乘法优化模型,采用基于置信域策略的L-M(Levenberg-Marquardt)迭代算法反求相应的小轮加工参数。该算法为高阶传动误差设计的小轮齿面主动修形技术提供了应用基础。(2)研究了弧齿锥齿轮传动误差的设计方法。一、在局部综合法的基础上,进行了二阶抛物线传动误差的优化设计;二、基于假想大轮加工小轮的概念,提出了小轮齿面的主动修形设计,预置高阶传动误差(四阶抛物线、七阶中凹型曲线)的设计参数,在与大轮完全共轭的小轮基准齿面上构建小轮修形齿面,采用上文所述的逆向求解算法反求小轮加工参数;叁、在二阶抛物线传动误差的基础上,提出了高阶传动误差(七阶中凹型曲线)设计的变性系数修正法,直接控制高阶传动误差曲线上的设计啮合点,建立约束方程组,通过求解非线性方程组获得各阶变性系数,而其余加工参数仍与二阶抛物线传动误差设计相同。(3)研究了弧齿锥齿轮不同类型传动误差齿面的啮合性能。在设计重合度、传动误差曲线下端幅值大体相同的前提下,定量比较了二阶、四阶及七阶设计的齿轮副动态性能和强度性能。计算结果表明,轻载条件下四阶设计的振动较小,而工作载荷下七阶设计有更好的动态性能。相对于二阶设计,工作载荷下四阶、七阶设计均可以降低最大齿面接触应力和最大齿根弯曲应力的数值。(4)研究了基于齿面印痕偏移的弧齿锥齿轮当量安装错位反求和小轮齿面再设计。首先分析了可导致相同齿面印痕的不同安装错位组合之间的关系;然后提取齿面印痕的数字化特征,以逼近齿面接触迹线为目标,通过优化方法高精度地反求与齿面印痕匹配的当量安装错位;最后采用二阶抛物线传动误差的优化设计方法,在此错位下重新计算小轮加工参数。(5)对弧齿锥齿轮的啮合性能进行了试验验证。完成了二阶、四阶及七阶设计的齿轮副切齿、滚检、印痕发展及箱体振动加速度测试等试验内容。试验结果与理论分析基本一致,验证了齿面设计、切齿参数计算和啮合性能分析的正确性。
桑建国[2]2002年在《螺旋锥齿轮加载啮合分析》文中进行了进一步梳理螺旋锥齿轮是机械传动中的重要零件，应用十分广泛。传统的齿轮分析和设计过程是以刚性啮合理论为基础，已经不能满足现代齿轮对高速、高负荷、高性能的要求。要获得高性能齿轮传动，需要用弹性啮合理论分析齿轮传动过程中轮齿的啮合状态。 本文首先从分析螺旋锥齿轮的加工过程入手，建立齿面的数学模型，从而得到齿面的数据。研究了机床切齿调整参数对螺旋锥齿轮的接触轨迹的影响，对其进行了优化。基于弹性力学和有限元法，建立了螺旋锥齿轮加载接触分析的数学模型。 研究表明，螺旋锥齿轮齿面接触问题的求解过程是复杂的不可逆过程，接触曲面的初始间隙量、可能接触点对的预置以及非接触点的删除都影响求解的结果。当前节点外法矢法可以精确计算接触曲面的初始间隙量，本文用这一方法对螺旋锥齿轮齿间载荷分配、齿向载荷分布以及接触区形状进行了精确分析，而且分析了加载情况下螺旋锥齿轮齿面接触中心点轨迹与无载下螺旋锥齿轮接触轨迹的变化。 本文系统地分析了齿轮加载接触状态，充分考虑了齿轮以及支承系统在载荷作用下发生的各种弹性变形、接触区变形。因此，编制的计算机程序能模拟实际工作状态。它可以为螺旋锥齿轮的设计和制造提供最佳设计参数和切齿调整参数。
张红涛[3]2015年在《螺旋锥齿轮有限元接触分析与试验研究》文中研究说明螺旋锥齿轮具有重合度大、承载能力高、传动平稳、噪音小等优点,被广泛应用于船舶、航空、汽车、工程机械等诸多领域。螺旋锥齿轮副中大小相等、方向相反的螺旋角使其齿面形状、啮合特点及加工过程均比较复杂。螺旋锥齿轮的啮合传动精度、效率、齿面接触应力、齿根弯曲应力、接触区等直接影响其工作寿命、承载能力、振动、噪音及整个机械装备的工作性能。本文基于虚拟加工原理,在叁维建模软件中创建出螺旋锥齿轮几何模型;利用有限元法分析螺旋锥齿轮在多种工况下的静态与动态接触特性,得到了螺旋锥齿轮传动过程中主要啮合性能参数的变化规律;根据螺旋锥齿轮变速箱的结构特点,设计一台封闭功率流式试验台测试系统,并在试验台上完成了变速箱内螺旋锥齿轮主要性能参数的试验测量工作。研究内容可概述如下:(1)基于虚拟加工技术的螺旋锥齿轮建模。螺旋锥齿轮齿面的复杂性给通过用解析法创建其几何模型带来了困难。利用虚拟加工技术创建几何模型的方法可避免推算复杂的几何方程,给螺旋锥齿轮的建模提供一种良好的方法。在叁维建模软件中,基于虚拟加工技术模拟展成法加工螺旋锥齿轮的过程,创建出螺旋锥齿轮的叁维几何模型。(2)螺旋锥齿轮静态与动态加载接触分析。基于螺旋锥齿轮叁维几何模型,在有限元分析软件中,对螺旋锥齿轮在不同加载工况下的啮合性能分别进行静态与动态加载接触分析。在静态加载分析下,得到螺旋锥齿轮在不同转矩工况下的转角、传动误差、接触力、重合度、齿面接触应力、齿根弯曲应力等的变化规律。在动态加载分析下,得到螺旋锥齿轮在不同转速和转矩工况下的转速、传动误差、接触力、接触面积、齿面接触应力、齿根弯曲应力等的变化规律。(3)封闭功率流式螺旋锥齿轮试验台的设计及主要啮合性能参数测量。根据螺旋锥齿轮变速箱的结构特点、承载能力和试验要求,设计一台封闭功率流式螺旋锥齿轮试验台。该试验台可通过变频系统实现多工况下的螺旋锥齿轮加载工作。基于封闭功率流螺旋锥齿轮试验台,完成了螺旋锥齿轮啮合性能的测量工作。测量获得特定工况下的主从动螺旋锥齿轮转速、转矩、功率、传动误差、机械效率的变化规律,并用涂色法测量齿面接触区分布。试验测量的机械效率值与理论计算值基本一致。
蒋进科[4]2015年在《高速渐开线圆柱齿轮齿面设计及数控加工技术研究》文中研究说明针对舰船、航空齿轮箱中的直齿轮、斜齿轮及人字齿轮,以齿轮啮合理论、有限元方法为基础,围绕修形齿面建模、实际齿面的建模、几何啮合仿真、承载啮合仿真、应力过程仿真、不同应用场合齿轮的目标修形优化、多轴联动多自由度数控加工及高阶传动误差齿面设计展开,系统地进行理论和实验研究,总结出一套具有工程使用价值的齿面修形优化设计软件和方法,达到提高传动系统平稳性,降低振动噪声的目的,论文主要研究内容如下:(1)对齿轮承载接触分析模型进行完善,给出考虑基节误差的承载接触分析计算方法,结果表明:基节误差放大了承载传动误差幅值,引起较大振动及载荷分配的不均匀。对修形人字齿轮叁维有限元进行精确齿面控制建模和装配,按照Abaqus有限元软件输入文件的编写规则进行批处理加载分析,并与承载接触分析方法的结果对比,表明了二者分析结果一致性,验证了本文承载接触分析方法的正确性与高效性。(2)建立基于齿面坐标测量的真实齿面模型,采用理论齿面迭加法向偏差曲面表达实际齿面,推导实际齿面接触过程,相对直接通过复杂曲面拟合的数字齿面,提高了计算效率和拟合精度。(3)提出的斜齿轮对角修形能够保证修形后齿面瞬时接触线长度不变,在减振降噪的同时,兼顾了齿轮的强度,叁维拓扑修形真实反映齿面实际状况。齿面修形优化设计以承载接触分析为基础,从减振、降噪、提高强度为出发点,分别以承载传动误差幅值最小、啮合线相对振动最小、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及多个目标进行修形优化设计。结果表明:齿廓修形后,轮齿接触区润滑状态改善,导致齿面闪温减小,直齿轮单齿啮合区内闪温变化不明显;人字齿轮的轴向窜动是左右齿面间隙相互补偿的过程,齿向修形与轴向窜动相互补充,保证了齿面载荷整体上均匀;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此系统共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;人字齿轮轴向位移激励对啮合线方向振动无影响,轴向位移激励是引起轴向、扭摆方向振动的主要原因;修形降低了啮合激励,因此,有效降低了系统振动。(4)根据空间齿轮啮合原理,建立修形齿面多轴、多自由度的多种数控加工模型。基于刀具廓形修形及机床各轴运动敏感性分析,通过优化齿面误差最小,得到刀具修形参数及机床各轴运动参数。结果表明:(1)根据齿廓修形齿面反算砂轮廓形,进行数控五轴联动成形磨削,可实现拓扑修形齿面的高精度加工;(2)平面砂轮磨齿时,沿齿向方向压力角、螺旋角、展成角附加运动可分别实现一定的对角修形加工,机床增加齿向运动,可减小平面砂轮半径,用于磨削大螺旋角、大齿宽对角修形斜齿轮;(3)当滚刀有齿向修形时,再增加合理的切向运动,使得滚切过程中,产生沿齿向方向齿形的连续变化,弥补了传统加工产生的齿形扭曲;修形滚刀齿形及增加切向运动可实现一定的拓扑修形齿面加工;(4)锥面砂轮沿轴向冲程运动时,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的径向位置及冲程总次数,与通用的匀速展成及径向均速展成磨齿法相比,可显着减小理论粗糙度值,该方法可磨削更为复杂的修形齿面;砂轮沿齿向冲程运动磨削对角修形斜齿轮时,冲程方向与接触线方向一致,根据展成原理求解工件附加运动,数控编程简单,其关键技术为啮入点的准确对刀,对角修形磨齿试验验证了该方法的正确性。(5)为了进一步降低轮齿振动,提出一种考虑展成磨齿加工的高阶传动误差齿面设计方法,通过优化承载传动误差幅值最小确定其曲线及加工参数;对比斜齿轮2阶、4阶及高阶传动误差齿面的承载传动误差表明:无修形齿轮由于重合度不变,随载荷增加承载传动误差幅值不断增加;修形后随载荷增加,齿面间隙逐渐减小,重合度不断增加,承载传动误差幅值逐渐降低,当齿面间隙完全消除后,重合度不再变化,随载荷的增加,承载传动误差幅值逐渐增大;对于高重合度齿轮副,高阶传动误差齿面更能有效降低承载传动误差幅值,因为其曲线自由度较高,更有利于降低多齿对啮合引起的重合度变化;通过修形齿面曲率分析,表明平面砂轮进行展成磨削高阶传动误差齿面是可行的,不存在干涉;除此之外,提出一种考虑接触印痕的内凹型高阶传动误差齿面,结果充分证明其更能有效降低轮齿承载传动误差幅值,其内凹程度受载荷大小影响。(6)齿面振动试验表明修形齿轮具有更好的动态性能,在设计载荷处,传动误差和振动幅值均能够下降30%或更多,验证了本项目的理论方法是可以用于工程实践的。
刘程[5]2017年在《某轻型货车驱动桥准双曲面齿轮强度和时变啮合特征研究》文中研究指明近年来,随着科技的发展和人民生活水平的提高,人们对汽车的可靠性和舒适性提出了更高的要求。驱动桥作为汽车传动系中最重要的总成部件之一,其可靠性和噪声辐射水平是产品设计中重要的考虑因素。汽车驱动桥主减速器中准双曲面齿轮需要传递较大扭矩,在啮合过程中会产生大的交变载荷从而影响驱动桥齿轮的疲劳寿命以及驱动桥整体噪声辐射,是传动系中工作条件最为恶劣的部件之一。由于其啮合原理及制造工艺复杂,各大驱动桥制造厂商在驱动桥准双曲面齿轮疲劳和总成整体噪声设计方面仍然面临诸多难题。本文依托吉林大学与某汽车企业合作的《某轻型货车驱动桥准双曲面齿轮疲劳和噪声机理研究》项目对驱动桥准双曲面齿轮疲劳和噪声产生机理进行深入研究。建立一种利用有限元法分析驱动桥准双曲面齿轮齿根应力分布,并获得齿轮时变传动误差和啮合刚度等啮合参数的方法。为深入、全面地研究驱动桥的可靠性和振动噪声辐射提供了坚实的理论基础。本文的研究内容主要包括以下几部分:1、由于准双曲面齿轮几何模型是研究驱动桥齿轮可靠性和动态性能的基础,本文提出一种建立HFT准双曲面齿轮齿面几何建模的数值计算方法。首先基于Gleason机床获得从刀具到工件的坐标变换矩阵,其次按照齿轮机床加工参数和齿坯参数建立齿面坐标求解方程,再次针对非线性方程组初值取值问题,根据齿轮加工过程提出一种利用模拟退火算法得到齿轮啮合中点估计值的方法,以此啮合中点作为初始值求解齿面上其它点坐标,并基于MATLAB软件建立准双曲面齿轮齿面坐标求解程序SURFACE。最后得到齿轮齿面坐标,导入到CATIA软件中建立齿轮副叁维模型。2、本文基于子结构法建立了驱动桥整体有限元模型。驱动桥主减速器准双曲面齿轮齿根疲劳寿命不仅与齿轮的几何形状有关,而且与齿轮的加载载荷以及边界条件有关。为准确模拟驱动桥准双曲面齿轮真实工作边界条件,本文利用ABAQUS软件建立驱动桥中支撑壳体有限元子结构模型,把子结构部件内部自由度映射到约束节点位置。这种建模方法既可以准确的模拟驱动桥齿轮以及轴承的非线性接触关系,也考虑了驱动桥壳、差速器壳、主减速壳等部件变形对驱动桥准双曲面齿轮齿根弯曲应力的影响。3、基于上述驱动桥整体有限元模型,建立了驱动桥准双曲面齿轮齿根弯曲应力预测模型,并与驱动桥准双曲面齿轮齿根弯曲应力台架试验结果进行对比分析。结果表明,本文所建立模型可以较为准确的预测驱动桥准双曲面齿轮在加载状态下的齿根受力状态。为进一步分析安装偏差对准双曲面齿轮弯曲应力的影响,本文对比了不同安装偏差对齿轮齿根弯曲应力影响程度。基于齿轮齿根危险点应力变化历程,本文建立了一种快速预测驱动桥齿轮弯曲疲劳的方法,并利用此方法分析了驱动桥齿轮不同类型安装偏差对弯曲疲劳参数的影响。本文所建立的驱动桥准双曲面齿轮齿根弯曲疲劳预测方法以及分析结果可以为驱动桥齿轮疲劳设计提供指导。4、提出了基于有限元方法的驱动桥准双曲面齿轮传动误差及时变啮合刚度计算模型,并对其影响因素进行分析。本文首先利用ABAQUS有限元方法对准双曲面齿轮进行载荷啮合分析(LTCA),得到齿轮的静态传动误差和动态传动误差,并讨论了二者之间的联系。结果表明,准双曲面齿轮的动态传动误差和静态传动误差差别不大。然后对比分析载荷,安装偏差对静态传动误差的影响,以及转速波动对动态传动误差的影响。最后提出一种利用有限元法计算齿轮啮合刚度的方法,并分析了不同载荷对齿轮啮合刚度的影响,为准双曲面齿轮系统动力学分析提供基础。5、建立了基于驱动桥准双曲面齿轮系统和驱动桥桥壳动态效应相互耦合的驱动桥噪声辐射预测模型。首先利用传统集中参数法建立14自由度准双曲面齿轮振动模型,获得驱动桥轴承位置的动态载荷;其次利用模态迭加法得到驱动桥桥壳的动态响应;再次将有限元计算结果作为输入,利用动态边界元法预测驱动桥辐射噪声;最后搭建台架试验,对驱动桥振动和噪声水平进行测量,并与预测结果进行对比。结果表明,驱动桥桥壳表面垂直方向的振动与驱动桥噪声辐射水平关联度较大,驱动桥噪声辐射水平是驱动桥齿轮系统和驱动桥壳动态耦合的结果,试验结果与预测结果相差不大,所建立的预测模型可以较为准确预测驱动桥振动及噪声辐射。本文利用有限元法、集中参数法、边界元法相结合的方法对驱动桥准双曲面齿轮疲劳和噪声的产生机理进行研究。形成了一套完整的驱动桥准双曲面齿轮叁维模型建立、齿轮系统疲劳寿命及噪声预测、分析的方法和流程。本文的研究方法、流程和研究结果为驱动桥的可靠性和噪声设计提供参考,可以用来指导驱动桥生产实践,对其它齿轮传动系统的设计也具有很好的参考价值。
王星[6]2016年在《HGT准双曲面齿轮的齿面设计及啮合特性分析》文中指出准双曲面齿轮具有体积小和减速比大等优点,被广泛用作汽车主减速器齿轮,成为汽车驱动桥中的关键零部件。由于汽车工业对驱动桥减速机传动精度、承载能力以及发动机变速器噪声的要求越来越严格,推动了准双曲面齿轮向高精度、低噪音方向发展。因此,为了满足工程上日益提高的要求,有必要挖掘目前常见的加工方法,或探索新的加工方法,来获得高精度准双曲面齿轮,以提高齿轮的啮合性能。目前国内绝大多数厂家采用的是格里森齿制,其常用的切齿方法有四种,分别为刀倾半展成(HFT,Hypoid Formate Tilt)、变性半展成(HFM,Hypoid Formate Modified)、刀倾全展成(HGT,Hypoid Generated Tilt)和变性全展成(HGM,Hypoid Generated Modified)。HFT加工方法,小轮采用单面刀盘刀倾法加工,这样可简化刀具规格,使操作调整相对简单,而变性法则不具备这一优点;大轮采用成形法加工,这样加工简单,成本低,因此在汽车工业中得到了广泛使用,但是该方法很难控制接触迹线为直线,不能很好地改善齿面润滑特性,导致齿轮副啮合平稳性较差。HGT加工方法,小轮同样采用单面刀盘刀倾法加工;大轮采用双面刀盘展成加工,这样齿面曲率特性好,能更好地控制齿轮的啮合性能。HFT和HGT准双曲面齿轮副中,小轮加工方法相同;而大轮加工方法不同,齿面几何结构也不同。由于准双曲面齿轮齿面几何结构非常复杂,小轮齿面需要根据大轮齿面进行配对设计。因此,本文系统地研究了HGT准双曲面齿轮的齿面设计和加工技术,并与HFT准双曲面齿轮的啮合性能进行了全面的比较。如果啮合性能更好的HGT准双曲面齿轮能够代替HFT准双曲面齿轮在汽车传动中应用,对汽车工业发展将具有重要的意义。本文结合展成法和刀倾法的优点,利用齿轮啮合理论、轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析(LTCA)等研究提高齿轮啮合精度和强度的方法,对HGT准双曲面齿轮(HGT法加工的准双曲面齿轮)进行系统的理论和试验研究。主要研究成果和创新点如下:1)针对准双曲面齿轮的啮合性能受到加工参数的直接影响,以及传统设计方法及制造手段的落后对齿轮啮合质量的控制非常困难,提出对HGT准双曲面齿轮进行加工参数设计研究。本文根据格里森准双曲面齿轮的加工原理,结合局部综合法(Local Synthesis)、TCA和LTCA,并结合轮齿弯曲应力和接触应力等精确的强度计算方法,建立一套完整的关于HGT准双曲面齿轮研究的设计分析系统。该系统可在设计阶段通过预控齿轮的一阶和二阶接触参数,保证HGT准双曲面齿轮副的啮合质量,实现齿面的主动设计。2)通过调整参考点的位置和传动比函数的一阶导数,可有效避免齿轮副的边缘接触。在轮坯参数和局部控制参数相同的情况下,比较HGT和HFT准双曲面齿轮(HFT法加工的准双曲面齿轮)的啮合性能,实现了HGT准双曲面齿轮接触迹线为直线且接触椭圆长轴大小相近的优良齿面啮合特性,可有效改善齿面的润滑特性,提高啮合平稳性,而HFT准双曲面齿轮则很难达到这一特性,证明展成法比成形法能更好地控制齿轮副的啮合性能。3)针对机械传动在高速和高可靠性方面日益提高的要求,对HGT准双曲面齿轮进行高重合度设计。该方法可在轮坯参数不变的情况下,只需通过调整接触迹线与齿根的夹角,就可以方便快捷地得到满足一定要求的刀盘和机床的加工参数,以充分利用齿轮的齿向重合度,并对齿轮副进行轮齿接触分析和强度计算。4)齿面印痕对安装错位的敏感性已成为准双曲面齿轮齿面设计的关键。本文首先建立齿面印痕对错位量的敏感性数学模型,并计算敏感性系数,然后通过定量施加扰动的方法,对HGT准双曲面齿轮进行齿面印痕的敏感性优化设计与分析,结果发现齿面印痕对轴夹角错位量的敏感性最大,因此在齿轮副的设计和安装中应首先保证其安装精度。另外通过跟HFT准双曲面齿轮相比,发现由于接触迹线为直线,齿轮副对安装错位的敏感性有效降低了。5)针对目前对传动误差曲线从设计、加工和检验等方面都缺乏有效的控制这一局限性,以及汽车工况多变的特点,对HGT准双曲面齿轮承载传动误差进行了优化设计。本文对承载传动误差曲线幅值进行优化,研究表明优化后承载传动误差幅值降低了,达到了减振降噪的目的;并且通过分析发现齿轮副的设计重合度、几何接触传动误差曲线转换点的幅值和承载传动误差曲线幅值之间有着重要的关系和规律,该发现对齿轮副啮合特性的研究具有重要的意义。并在轮坯参数和局部控制参数相同的情况下,比较优化后HGT和HFT准双曲面齿轮的动态特性,发现同等条件下HGT准双曲面齿轮的振动特性好于HFT准双曲面齿轮。6)在上述理论研究的基础上,以某微型车驱动桥的一对主减速器准双曲面齿轮副为对象进行试验验证。对齿轮副分别采用HGT和HFT方法进行加工并进行滚检试验,考虑到实际加工过程中可能存在的误差和变形因素,试验结果与理论仿真分析结果基本一致,验证了加工参数设计的合理性和啮合性能分析的正确性;同时,对齿轮副进行振动测试,通过比较发现HGT准双曲面齿轮的振动特性好于HFT准双曲面齿轮。本文的研究设计方法和结论适用于所有HGT准双曲面齿轮,对于提高准双曲面齿轮的设计和制造水平,以及推动HGT准双曲面齿轮在工业中的应用具有积极的意义;对促进国家汽车工业发展,提高自主品牌汽车竞争力具有重要的理论和现实意义。
蒲太平[7]2010年在《螺旋锥齿轮加载接触分析及啮合刚度的有限元计算方法研究》文中研究说明螺旋锥齿轮的强度和刚度严重影响其整机的工作性能,尤其是传动误差和啮合刚度等动态力学特性直接影响工作寿命和噪声。文章研究了螺旋锥齿轮几何模型、有限元网格模型的构建方法,分析了在ABAQUS软件平台下边界条件的设置。基于有限单元法分析了螺旋锥齿轮强度和刚度相关问题的计算方法。研究对于高性能螺旋锥齿轮的设计和制造提供了参考。论文主要研究内容及方法如下：1.研究了螺旋锥齿轮几何模型及有限元网格模型的构建方法；文章以螺旋锥齿轮加工原理为基础,通过数值计算得到了齿面理论离散数据点。采用NURBS曲面对离散数据点进行了齿面重构,得到了轮齿的叁维实体模型。并将得到的齿面和Gleason软件计算的齿面45个理论数据点进行了对比,证实了重构齿面的精度。文章采用ABAQUS和CATIA软件联合建模的方法,对轮齿进行了六面体网格划分,并计算了六面体网格分析接触问题的精度。给出了使用ABAQUS软件分析螺旋锥齿轮接触问题的前处理方法和关键技术。2.使用螺旋锥齿轮加载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis, LTCA)方法,计算了轮齿的强度相关参数,并分析了载荷对各参数的影响；文章采用有限元接触计算方法,计算了螺旋锥齿面接触应力和齿根弯曲应力以及齿面接触合力。得到了齿面接触轨迹,计算了传动误差,由接触变化曲线计算了重合度和载荷分配系数,并给出了各参数的计算方法及载荷对各参数的影响。3.研究了考虑加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度的螺旋锥齿轮LTCA分析方法；文章给出加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度模型的建立方法,并计算了基于以上模型的螺旋锥齿轮强度相关参数及轴承载荷受力情况,并和TCA结果进行了对比。4.计算了螺旋锥齿轮的时变啮合刚度。文章研究了螺旋锥齿轮啮合刚度计算方法,给出了用于计算轮齿啮合刚度的有限元计算及参数处理方法,运用商用有限元软件ABAQUS分析了螺旋锥齿轮法向接触力和综合弹性变形量,得到了单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度,同时研究了载荷对刚度曲线的影响情况。分析结果表明载荷的变化会对刚度曲线的幅值和周期都产生较大的影响。在计算刚度曲线时时需考虑载荷对重合度以及接触位置的影响。
李源[8]2005年在《航空减速器螺旋锥齿轮啮合仿真分析》文中研究表明螺旋锥齿轮啮合接触时,不但存在边界非线性和几何大转动非线性的耦合,而且存在接触问题和摩擦问题引起的非线性的耦合。本文以有限元法为基本手段,研究了螺旋锥齿轮啮合过程中的准静态和动态啮合问题,主要的工作包括:1、基于Gleason机床调整卡获得螺旋锥齿轮的精确几何信息,形成相应的CAD格式文件。选用MSC.Patran及MSC.Marc,通过人工方式,对螺旋锥齿轮进行网格划分。2、利用MSC.Marc建立了螺旋锥齿轮叁齿对啮合的叁维有限元接触分析模型,该模型利用刚体控制方法,实现了扭矩和运动的传递。3、基于所建有限元分析模型,在一个啮合周期内,对齿轮副进行准静态啮合仿真分析,给出了准静态啮合时齿轮的接触状态、接触应力、齿根弯曲应力及主从动齿轮的扭矩和转速随啮合位置变化的规律,验证了所建模型的正确性。4、在对螺旋锥齿轮准静态啮合进行仿真分析的基础上,进行了螺旋锥齿轮动态瞬态啮合仿真分析,重点分析带载启动时出现的冲击现象,得出了齿轮的接触状态、接触应力、齿根弯曲应力及主从动齿轮的扭矩、转速和加速度随啮合位置变化的规律。5、初步探讨了考虑干摩擦的情况下,螺旋锥齿轮副动态啮合过程中齿面接触应力及齿根弯曲应力随啮合位置变化的规律。总之,本文主要对航空减速器螺旋锥齿轮啮合过程中的齿轮的啮合性能进行了分析研究,所得结论为螺旋锥齿轮副的设计和改进提供依据。
李永涛[9]2017年在《对数螺旋锥齿轮的齿廓修形研究》文中研究说明对数螺旋锥齿轮本身就是为了解决目前螺旋锥齿轮啮合线上螺旋角不等而设计的一种新型的螺旋锥齿轮,主要应用在高速重载的精密机床、车辆传动和工程机械等领域中,这就要求对数螺旋锥齿轮在承载能力和传动效率等方面达到比较高的水平。螺旋锥齿轮的齿廓修形可以直接影响了该齿轮的动态性能和齿面强度,通过研究发现,对螺旋锥齿轮进行齿廓修形可以提高螺旋锥齿轮的接触疲劳强度、降低了最大啮合应力,达到了齿轮设计中消除啮合冲击、减少噪音和提高齿轮使用寿命的效果,具有重要工程应用价值。论文将有限元应用到传统的齿轮齿廓修形方式中,以齿轮接触有限元理论为基础,结合对数螺旋锥齿轮齿形原理和齿轮啮合理论,建立对数螺旋锥齿轮叁维模型,并在ANSYS Workbench软件中建立有限元齿轮接触分析模型,在对数螺旋锥齿轮加载接触分析的基础上,进行齿廓修形研究与修形后的啮合分析。本课题主要研究内容可分为四个部分:首先,叙述螺旋锥齿轮的应用现状,针对对数螺旋锥齿轮,进行齿形原理的研究并掌握该齿轮的参数关系,为对数螺旋锥齿轮的加载接触分析提供理论依据。其次,对建好的参数化叁维齿轮进行模型导入,并对其进行添加材料属性、创建接触对和网格划分,在此基础上通过ANSYS Workbench软件为对数螺旋锥齿轮进行承载接触分析,研究其啮合时接触轨迹、最大啮合应力、最大接触应力以及弹性变形等情况。第叁,根据螺旋锥齿轮的啮合原理,通过对数螺旋锥齿轮承载接触分析中所得数据,对该齿轮进行齿廓修形技术的研究,推导出相应的齿廓修形曲线,提出齿轮的修形参数;最后,为修行后的对数螺旋锥齿轮进行重新建模,进行修形后的齿轮承载接触分析,对比齿廓修形前后的啮合特性,通过齿轮分析得出,本次对对数螺旋锥齿轮的齿廓修形是有效的,修形后使得啮合应力的波动范围降低,提高了齿轮传动性能,为以后对数螺旋锥齿轮的优化设计与应用提供了有效的理论依据。
杜进辅[10]2015年在《摆线齿准双曲面齿轮齿面啮合性能分析及设计技术研究》文中研究说明长幅外摆线等高齿(简称摆线齿)准双曲面齿轮采用连续分度的端面滚齿法加工,加工一对齿轮副只需要两台切齿机床、两把刀以及两次装卸,与圆弧渐缩齿准双曲面齿轮的单分度端面铣齿法相比,生产效率得到极大提高,并且降低了劳动强度,减少了所需设备和刀具种类。该类齿轮副还具有传动平稳、噪声小、承载能力强等一系列优点,因此特别适用于大批量生产的汽车行业。在欧美广泛应用于各类轻重型卡车以及SUV等的车桥齿轮传动中。随着我国汽车工业的高速发展以及与欧美日韩汽车企业的合作日益密切,先进的摆线齿准双曲面齿轮加工工艺以及成套的加工、测量、磨刀、调刀设备逐步被引进到国内大型汽车企业,这类齿轮应用越来越广泛,人们也逐渐对其优越性有所认识。但是,由于历史原因,国内长期专注于圆弧渐缩齿,忽视了对摆线等高齿的研究,并且由于国外企业的技术封锁,使得我国在摆线等高齿的先进设计制造方面远远落后于欧美发达国家,可以说基本处于起步阶段,这严重制约着自主设计制造水平的提高以及工艺改进。基于此,本文主要针对车桥用奥利康制摆线齿准双曲面齿轮,从齿面啮合性能分析和齿面设计方法两方面进行了系统研究,并编制了一套完整的设计分析软件,本文主要研究成果如下:(1)摆线齿准双曲面齿轮齿面建模以及接触分析。计算了摆线齿准双曲面齿轮齿坯几何参数和切齿加工参数,建立了适用于克林贝格制和奥利康制的齿面加工仿真方法,考虑刀刃圆弧和刀尖圆弧,建立了包括工作齿面以及齿根过渡曲面在内的完整齿面模型。基于微分几何以及啮合原理,推导了摆线齿准双曲面齿轮配对齿面啮合的基本公式,提出了新的瞬时接触椭圆计算方法,并给出了边缘接触的几何分析方法。结合齿轮几何分析和力学分析,建立了摆线齿准双曲面齿轮轮齿承载接触分析模型,在此基础上分析了接触应力和弯曲应力过程并提出了一种新的齿轮副时变啮合刚度计算方法。(2)摆线齿准双曲面齿轮齿面误差敏感性分析及预修正。运用文中建立的齿面模型,通过定量施加扰动的方法,分析了包括刀具参数、刀盘参数、机床设置参数以及滚比修正运动参数在内的各个加工参数对齿面拓扑的影响规律,获得了对齿面误差影响较大的加工参数组合。建立了摆线齿准双曲面齿轮齿面误差预修正优化模型,并采用序列二次规划算法对模型进行求解,得到各加工参数调整量。(3)摆线齿准双曲面齿轮齿面主动设计。基于共轭原理,以大轮理论齿面作为假想产形轮,在啮合坐标系中按照预置的转角运动关系,展成与之线接触并满足预置传动误差曲线的小轮辅助齿面,然后对小轮辅助齿面沿各啮合线方向按照预置的接触印痕所确定的叁段抛物线修形曲线进行修形,获得了满足预置啮合性能的小轮目标齿面。建立了以小轮齿面与目标齿面法向误差平方和最小为目标的优化模型,并引入权重系数来控制双面法加工的两侧齿面的逼近程度,从而可以选择性地保证某侧齿面的啮合性能。最后运用序列二次规划算法求解该模型,得到了小轮加工参数调整量。该方法基于理论齿面,为设计阶段主动控制双面法加工的摆线齿及其他齿轮两侧齿面的啮合性能提供了一个有效的途径。(4)基于测量的摆线齿准双曲面齿轮实际齿面啮合性能分析及主动设计。基于高精度齿轮测量中心测得的齿面离散坐标点,研究了实际齿面拟合的原理和方法。提取拟合齿面的型值点,通过控制顶点和权因子求解,获得了实测齿面的拟合齿面及其参数化表示,并验证了曲面拟合的精度。建立并求解了实际齿面啮合仿真分析数学模型。与传统的滚动检测相比,实际齿面啮合仿真分析在获得齿面接触印痕的同时还可以获得传动误差曲线,比较全面地反映了实际齿面的啮合信息,并且避免了以实际齿面的滚检印痕来验证理论齿面的仿真结果会出现的评价基准不一致的问题。提出了应用于试制阶段的、基于实际齿面的摆线齿准双曲面齿轮齿面主动设计方法,综合考虑了大、小轮齿面由于机加工误差和热处理变形所导致的偏差,只需要对小轮齿面进行一次修正便可以获得预期的啮合性能,这对于缩短试制周期是十分有利的。(5)试验及对比分析验证。以奥利康制Spirac法某高速车桥齿轮副为例,进行了切齿、齿面测量、滚检试验以及理论齿面建模、几何接触分析和齿面主动设计验证,将本文仿真方法所获得的结果与试验结果以及克林贝格最新版螺旋锥齿轮设计分析软件KIMoS5的仿真结果进行了对比分析,验证了本文齿面建模方法、理论齿面几何接触分析方法、齿面主动设计方法、实际齿面啮合仿真分析方法的有效性和可行性。
参考文献：
[1]. 航空弧齿锥齿轮的啮合特性分析及齿面设计研究[D]. 蔡香伟. 西北工业大学. 2015
[2]. 螺旋锥齿轮加载啮合分析[D]. 桑建国. 沈阳工业大学. 2002
[3]. 螺旋锥齿轮有限元接触分析与试验研究[D]. 张红涛. 湖南大学. 2015
[4]. 高速渐开线圆柱齿轮齿面设计及数控加工技术研究[D]. 蒋进科. 西北工业大学. 2015
[5]. 某轻型货车驱动桥准双曲面齿轮强度和时变啮合特征研究[D]. 刘程. 吉林大学. 2017
[6]. HGT准双曲面齿轮的齿面设计及啮合特性分析[D]. 王星. 西北工业大学. 2016
[7]. 螺旋锥齿轮加载接触分析及啮合刚度的有限元计算方法研究[D]. 蒲太平. 中南大学. 2010
[8]. 航空减速器螺旋锥齿轮啮合仿真分析[D]. 李源. 国防科学技术大学. 2005
[9]. 对数螺旋锥齿轮的齿廓修形研究[D]. 李永涛. 内蒙古科技大学. 2017
[10]. 摆线齿准双曲面齿轮齿面啮合性能分析及设计技术研究[D]. 杜进辅. 西北工业大学. 2015
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