针对高减速比准双曲面(High Reduction Hypoid,HRH)齿轮大轮齿廓曲率不足、小轮大螺旋角齿面高度扭转的问题,提出了大轮采用刀具修形以实现齿面点接触的方法,小轮采用一般滚切法,简化机床加工参数;建立了大、小轮的三维模型,Ease-off拓扑曲面;解析了接触路径、差曲率、传动误差等齿面接触性能参数;通过三维运动仿真对比修形前后齿面的接触区,修形后避免了边缘接触,接触区位于齿面中部靠近小端,与齿轮实际接触斑点一致。完成了HRH齿轮减速器动态性能试验,齿轮啮合传动性能优良,啮合质量稳定,验证说明所设计的HRH齿轮修形量控制合理、理论计算与运动仿真正确。

为了对准双曲面齿轮实际齿面的接触区进行调整修正,基于齿面测量结果,对大、小轮齿面进行了双三次样条曲面拟合。采用齿面点二维黄金分割加密方法,编制了离散齿面接触分析算法,获得了实际齿面的啮合信息和接触印痕调整参数,为机床加工参数的反调修正提供了依据。对某车桥准双曲面齿轮副进行了实际齿面滚检试验,仿真分析与实际滚检结果基本一致,验证了所提出算法的可行性和正确性。

针对超减速比准双曲面齿轮的强度以及疲劳等问题,完成了齿坯参数的计算;建立三维装配模型,并对超减速比准双曲面齿轮进行了有限元仿真;推导出一种由大轮设计参数计算小轮设计参数的计算方法,可计算出相对应的小轮齿坯和大轮齿坯;利用大小轮齿面方程,在Matlab中求出齿面离散点坐标,导入三维软件SolidWorks后,通过将离散点连成线段,再把线连成面,最终实现超减速比准双曲面齿轮三维建模,并将所建立的模型导入Ansys Workbench中进行了有限元仿真。结果表明,转速、反向转矩和齿轮齿根部分采用不同的刀顶圆角加工时,都会影响超减速比准双曲面齿轮的最小疲劳寿命。

针对运用理论设计的齿轮进行仿真而运用实际生产的齿轮进行滚检验证测试所造成的评价标准不一致的问题,通过NURBS曲面拟合的方法重新构造真实齿轮面,在CATIA软件中进行了三维模型的构造。利用Abaqus软件对真实齿面的准双曲面齿轮传动误差进行分析,对比真实齿面啮合和纯理论齿面啮合的传动误差,验证了真实齿面误差的存在及其对传动误差的消极影响。改变齿轮的安装误差发现,轴交角误差、小轮安装距误差、偏置距误差和大轮安装距误差对传动误差的影响依次减小,通过滚检机实验验证了真实齿面仿真模型的合理性。

以降低某汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力为目的,基于VOF(Volume of Fluid)两相流模型及标准k-ε湍流模型建立了汽车后桥三维数值模型,分析了后桥准双曲面齿轮搅油功率损失机理;提出了将准双曲面齿轮由螺栓连接改为去除螺栓结构并在其两侧面增加挡板以减少搅油阻力的方法。通过Fluent仿真,对改进前后汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力进行了分析,与经验公式进行对比并进行了试验验证。结果表明,仿真分析及试验结果有较好的一致性;经验公式与仿真结果吻合度较高但小于试验值;适当的结构改进及挡油板的加入可显著降低后桥搅油阻力;随着转速升高,阻力减少数值越大,最高减阻可达35.9%。

针对准双曲面齿轮小轮热滚轧成形过程进行分析,发现在热滚轧过程中会出现“突耳”等缺陷。利用控制变量法进行热滚轧数值模拟仿真,对模具齿轮的转速、进给速度、摩擦因数、温度等因素对滚轧质量的影响规律进行了研究。通过对仿真加工过程以及滚轧试验结果进行分析,得到了工艺参数对滚轧成形的影响规律,确定了合理的工艺参数组合。热滚轧台架试验表明,合理的工艺参数匹配,能够避免“突耳”、材料流动不均匀等成形缺陷的产生。

针对准双曲面齿轮在热处理过程中存在畸变,热处理后接触区质量较差的现状,提出了一种利用主、被动齿1阶相对齿面误差分析接触区偏移的方法。通过试验研究得到主、被动齿相对螺旋角误差对接触区偏移的影响规律,并验证了接触区偏移原理的正确性。同时,利用接触区偏移原理和热处理畸变规律,在切齿阶段进行补偿热处理畸变量,得到新的切齿模型进行生产。结果表明,通过该方法能使热处理后齿面误差在标准范围内,热处理后接触区的质量也得到控制。

为了便于预测汽车驱动桥准双曲面齿轮齿面接触形态,提出了一种齿面失配分析方法。通过构建准双曲面齿轮HFT磨齿数学模型和共轭啮合数学模型,推导出了与大轮齿面完全共轭的小轮基准齿面方程。采用数值方法计算出了小轮实测齿面与小轮基准齿面之间的偏差,通过图形化表达构建出了齿面失配拓扑图。以一对HFT磨齿的准双曲面齿轮为例,进行了齿面接触区仿真预测,滚检试验结果与仿真预测结果相一致,表明所提出的齿面失配分析方法可以对齿面的接触情况作出预测。该方法为齿面接触区的修正提供了理论指导。

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。

根据抗疲劳制造要求和准双曲面齿轮的齿形特点,提出一种专用的冷摆辗加工方案。用正交数值模拟方案,通过数值模拟研究了工艺参数对模拟指标即摆辗成形力和齿面最大回弹量的影响规律,得到各因素在一定变化范围内较优的工艺参数组合,并对模拟结果进行了回归分析和相关性检验。研究结果可为实际生产中的工艺设计提供一定的参考价值。