针对双点接触内啮合齿轮传动副齿面接触问题,提出双点接触内啮合齿轮传动副齿面成型方法;基于Hertz接触理论,建立共轭齿面瞬时接触椭圆数学模型,推导了齿面接触迹线求解方程;利用数值分析方法计算双点接触内啮合齿轮传动副齿面接触椭圆面积,探究了齿轮副基本参数以及齿廓参数对接触椭圆的影响规律;利用有限元分析方法,对比了单点接触齿轮与双点接触齿轮的接触椭圆面积和齿面接触应力。研究结果表明,合理选取齿廓接触夹角、名义压力角、法向模数和螺旋角参数,能够实现对齿面接触区域位置和大小的有效控制;在基本参数相同的情况下,双点接触比单点接触接触区域面积大,接触应力小。相关研究对于提高新型内啮合齿轮传动副的接触特性和力学性能具有重要的理论意义和参考价值。

接触轨迹和传动误差是评价弧齿锥齿轮啮合性能的关键指标,而安装错位会使接触轨迹发生偏移,改变传动误差的对称性和波动幅值。为此,基于安装调整提出了一种弧齿锥齿轮接触轨迹和传动误差的优化方法。通过约束装配条件与初始点传动比,建立方程组,求解理论安装调整值;进而引入齿轮副安装错位,建立含安装错位的TCA算法;以安装错位为设计变量,预设接触轨迹和传动误差的特征参数,建立目标函数,并通过非线性优化算法进行求解。结果显示,优化后接触轨迹向齿面小端移动,加载后接触区会向齿面中部扩展,改善了承载接触性能;传动误差曲线下垂偏差量和波动幅值减小,有利于避免边缘接触和改善动态性能。

在摆线轮加工过程中,由于受到机床精度、刀具精度、工装夹具精度及轮坯精度等因素的影响,不可避免地会产生齿形误差。为了评估齿形误差对摆线针轮副传动精度的影响,基于实测的摆线轮齿形误差计算出实际齿面坐标点数据。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲线对实测齿面数据进行曲线拟合,得到含齿形误差的摆线轮数字化齿廓。依据齿轮啮合原理对摆线轮数字化齿面进行齿面接触分析,获得了考虑齿形误差的摆线针轮副传动误差曲线。仿真结果表明,齿形误差会改变摆线轮传动误差曲线的形状和幅值。

以多体系统误差建模理论和齿轮啮合原理为基础,提出含有机床运动几何误差以及齿轮副安装误差的螺旋锥齿轮齿面接触分析(Error tooth contact analysis,ETCA)方法。以SGM法(大轮展成法加工,小轮变形法加工)加工的弧齿锥齿轮为例,通过ETCA分析,得到机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮齿面加工质量影响的定量关系,对ETCA和TCA的结果进行对比分析,结果表明机床运动误差和安装误差对螺旋锥齿轮的齿面接触质量有较大的影响,为了通过齿面接触分析达到更准确的反调加工参数的目的,采用ETCA的分析结果指导加工参数反调更为合理。

螺旋锥齿轮作为高速重载高精度机械传动的基础部件,它的理论研究、技术创新是一个国家制造业发展水平的重要标志。论文简要评述了这一重要工业技术一百多年来的发展历史,介绍了近几年这一技术的发展状况,概述了螺旋锥齿轮在设计、加工、检测、修形及机床设计等各方面的基本思想,指出了今后这一技术领域可能的几个发展方向。

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

为预控双重螺旋法加工螺旋锥齿轮的啮合性能,研究了相对位置误差对双重螺旋法加工齿轮副接触性能的影响。根据螺旋锥齿轮副啮合接触原理,通过数值计算得到齿面离散啮合点分布位置,采用有限元法对不同相对位置误差条件下的齿轮副进行齿面啮合加载接触分析,得到了在不同相对位置误差条件下齿轮副传动误差、接触区位置及形状、法向接触力。结果表明,螺旋锥齿轮的传动误差和法向接触力均对小轮安装距误差较为敏感。通过滚检实验得到了齿面接触区位置和接触压力,验证了有限元分析结果。

为改善准双曲面齿轮副的研齿效果,提出了一种基于真实齿面的齿面研磨位置控制方法。对准双曲面齿轮真实齿面进行测量,并用非均匀有理B样条（NURBS）曲面对实测点进行拟合,采用真实齿面接触分析方法,分析了研磨运动参数V/H/J与齿面接触位置变化的数学关系,建立了齿面研磨点位置和移动方向的齿面研齿控制模型。数控滚检试验结果表明,该方法可精确实现准双曲面齿轮副的全齿面研磨。

以汽车驱动桥弧齿锥齿轮为对象,研究了齿面失配啮合分析方法。首先,建立了刀倾法加工数学模型,根据啮合方程推导出了摇台角,简化了齿面方程的数学表达。其次,基于齿轮啮合数学模型(TCA)中单位法向矢量相等推导出了齿轮啮合转角,简化了TCA求解方程。在此基础上,通过计算小轮实际齿面和与大轮完全共轭的小轮基准齿面之间的偏差,计算出齿面啮合失配量,通过图形化表达构建了齿面Ease off失配拓扑。该方法相对传统的齿面啮合分析方法,不仅方程数目减少,使算法更趋于稳健,而且构建的Ease off图形可以直观地展示出全齿面啮合状态,完善了现有的齿面TCA输出结果。

为了提高面齿轮的磨齿效率,采用不做齿向进给运动的大半径盘形砂轮磨齿得到的面齿轮具有近似齿面,然而该近似面齿轮与双向修形小轮的啮合性能不够理想.因此进一步通过啮合理论重新构造小轮齿面,并根据预设的啮合性能对该新构造的小轮齿面进行拓扑修形设计,以控制近似面齿轮传动的啮合性能.小轮的拓扑修形齿面采用盘形砂轮局部点共轭法磨齿加工,建立了小轮拓扑修形齿面与加工参数之间的线性方程.用实例说明了所提方法的应用,齿面接触分析结果与给定的啮合性能基本一致.