齿轮承载传动误差是评价齿轮动态啮合性能的一个重要指标,承载传动误差波动幅值越小,齿轮副动态啮合性能越好。针对目前直齿内啮合齿轮承载传动误差研究不充分的问题,以Romax软件为工具,建立内啮合短齿高直齿轮副模型,研究了内啮合短齿高直齿轮齿廓修形参数和螺旋线修形参数对承载传动误差波动幅值的影响,获得了修形参数对承载传动误差波动幅值的影响规律,并采用粒子群算法研究了内啮合短齿高直齿轮修形优化设计方法。研究成果为提高内啮合短齿高直齿轮的动态啮合性能提供了依据。

以某型双动力驱动齿轮箱为研究对象,通过静力学仿真,分析了动力源A输入端齿轮副的传动误差及齿面载荷;根据齿轮副修形方法,利用Romax软件,开展了修形参数对传动误差、齿面载荷的影响规律研究;以此为基础,通过遗传算法,开展了齿廓修形与螺旋线修形相结合的齿轮综合修形优化设计,并对修形前后的齿轮副进行了对比分析。结果表明,修形后齿轮传动误差明显减小,且齿面载荷分布更加均匀。

以弧线齿圆柱齿轮作为假想刀具,用包络法展成正交弧线齿面齿轮。根据微分几何计算和齿轮啮合原理,推导了弧线齿圆柱齿轮及面齿轮的齿面方程。再基于Matlab平台建立工作齿面及过渡曲面的数学模型,通过改变弧齿圆柱齿轮轮齿的凹齿面半径对面齿轮进行修形,对比分析修形前后面齿轮齿厚和齿宽的变化情况以及对接触迹线的影响。最后,通过导出修形前后面齿轮的齿面点集,在CATIA零件设计中进行实体建模。得出结论,增大弧齿圆柱齿轮凹侧齿线半径会增大面齿轮的外径,同时,面齿轮的齿顶变尖现象会发生变化,即面齿轮外径处的齿厚逐渐增大,接触迹线基本不发生变化。为后续研究面齿轮的偏载特性奠定了基础。

针对某柴油发动机正时齿轮啸叫现象,建立了考虑正时齿轮支撑系统柔性的正时齿轮系统动力学模型,分析了各齿轮副的传递误差、接触斑点以及振动贡献量。基于发动机NVH台架实验结果,验证了正时齿轮系统啸叫分析模型的有效性。面向轻载多啮合副的正时齿轮系统,提出了一种控制齿面表面加工质量的齿轮修形方案。实验结果表明,以齿轮传递误差、齿面单位长度载荷的大小和分布为优化目标,通过控制齿廓顶凸、齿面中凹、齿面波纹度的修形方案能够有效降低正时齿轮系统的啸叫。

为了提高人字齿轮修形结果的适用性,需要对齿轮齿面修形参数进行敏感性分析。利用Romax软件,采用遗传算法对齿轮进行齿廓最优修形、鼓形最优修形及拓扑最优修形,并将修形变动量叠加到最优修形上;然后,考虑中心距安装误差,分别对小齿轮进行了承载传动误差幅值、接触应力最大值分析;最后,进行了修形参数的变动对传动误差和接触应力的敏感性分析。结果表明,承载传动误差幅值对齿廓修形参数敏感,而对鼓形修形参数不敏感;齿廓最优修形后,承载传动误差对中心距安装误差不敏感,而鼓形修形反之;承载传动误差幅值对拓扑修形参数的敏感性介于齿廓、鼓形修形之间,当齿廓修形量远大于鼓形修形量时,承载传动误差幅值对中心距安装误差不敏感。

面齿轮是一种由渐开线圆柱齿轮与近似锥齿轮相互啮合的一种新的齿轮传动形式。弧线齿面齿轮是以渐开线弧线齿圆柱齿轮为假想刀具包络展成的面齿轮。推导了面齿轮工作齿面方程,并对圆柱齿轮齿顶进行圆角化修形设计;推导了截面圆角方程、圆角曲面方程以及修形后的弧线齿面齿轮过渡曲面方程,并通过Matlab对两种齿顶形式的圆柱齿轮建立数学模型,得知齿顶圆角包络产生的面齿轮要比齿顶尖角包络产生的面齿轮在内径齿根部的齿厚更大。研究结果表明,对刀具齿顶进行圆角化不仅可以避免面齿轮与圆柱齿轮边缘接触导致面齿轮齿面磨损,还可以增大面齿轮内径齿根处的厚度,该种面齿轮修形方式也为其他齿形面齿轮提供了理论依据。

针对直齿轮多工况使用情况,研究了小轮修形齿面理论建模方法和直齿轮传动多工况多目标修形优化方法,进行了两种工况下直齿轮传动多工况多目标修形优化设计,并进行了修形和不修形齿轮的齿面啮合仿真,通过对比分析,验证了齿面优化修形后达到了较好的综合性能,两种工况下的承载传动误差波动幅值和最大闪温均明显下降。研究成果为提高直齿轮综合性能的修形设计奠定了基础。

随着技术的发展,高精度的传动设备对齿轮的要求越来越高。以齿轮箱的主减速斜齿圆柱齿轮作为研究对象,利用Romax软件建立齿轮箱模型,结合斜齿圆柱齿轮的微观参数优化理论,以传递误差、齿轮齿面上单位长度的载荷分布和接触斑点为优化目标进行微观齿轮修形,提出了一种螺旋线修形结合齿廓修形的全方位修形方法;通过对比修形前后齿轮的优化目标参数,优化后传递误差降低、齿面载荷分布更加均匀、接触斑点良好,改善了齿轮的啮合状况,提高了齿轮的使用寿命。

提出一种针对直齿轮的双样条修形方法,分别采用样条曲线来设计修形后齿面的齿廓线及齿向线,齿面由齿廓样条曲线沿齿向样条曲线扫掠得到。相对于传统复合修形,双样条修形方法的控制参数更多,使得齿面几何改变更灵活,并能实现全齿面点的更高阶次连续。通过有限元分析(FEA),对比分析了双样条修形的优越性,结果表明,双样条修形与传统复合修形相比,可以实现更高啮合性能的齿面设计,其中,啮合传递误差曲线和啮合刚度曲线更平缓,静态传递误差频谱幅值减小。通过加工实验和齿面精度检测,验证了双样条修形方法在齿轮实际加工中的可行性。研究表明,新提出的双样条修形方法是实现高性能直齿轮修形设计的一种有效方法。

锥齿轮磨齿工艺可以有效降低齿轮表面粗糙度，修正齿面曲率，矫正接触区域，从而改善啮合传动。磨齿前对砂轮的修形直接决定了磨齿后齿面的形貌。文中研究了弧齿锥齿轮砂轮修形的计算调整方法，建立了修形模型，给出了修形表面的数学方程及计算点处曲率计算公式，对实际磨齿加工中砂轮修形调整具有指导意义。