为了研究核废料处理设备中面齿轮的腐蚀对其运动学特性的影响,基于齿轮啮合原理,利用包络法推导得到正交面齿轮齿面方程,将面齿轮均匀腐蚀程度转化为装配时Cp值的变化,建立不同均匀腐蚀程度的装配体模型。使用动力学分析软件Adams对面齿轮与圆柱齿轮装配体模型进行分析,得到不同均匀腐蚀程度下的正交面齿轮传动过程中转速以及啮合力数据,得出面齿轮均匀腐蚀程度在2.6 mm以下时对面齿轮角速度、径向力以及圆周力几乎不影响的结论。

面齿轮轮齿刚度是面齿轮传动啮合刚度的基本组成,其计算方法的解决可为面齿轮啮合刚度以及后续动力学分析奠定必要的理论基础。基于Buckingham的观点,将面齿轮齿形看作是由沿齿长方向一系列变压力角的齿条组成,得到沿轴向和径向都为变截面的面齿轮简化齿形,获得了面齿轮轮齿啮合变形的计算公式,求解出了面齿轮轮齿刚度;并通过与有限元法进行对比分析,验证了面齿轮轮齿刚度计算方法的可行性;分析了面齿轮模数、压力角以及齿宽对其轮齿刚度的影响。结果表明面齿轮模数越大,其轮齿刚度沿齿根到齿顶的变化率越小;面齿轮压力角越大,其轮齿刚度越大,但沿齿根到齿顶的变化率基本不变;面齿轮齿宽越大,其轮齿刚度越大,且沿齿根到齿顶的变化率较之压力角的影响大。

面齿轮传动的啮合刚度是面齿轮传动动态分析及优化设计的重要参数,在圆柱齿轮传动啮合刚度分析的基础上研究了面齿轮传动的啮合刚度理论计算方法,将面齿轮传动中的圆柱齿轮和面齿轮简化成变截面弹性悬臂梁,推导了面齿轮传动的刚度计算公式,并建立面齿轮传动模型,进行了有限元分析。通过对两种计算结果的分析,验证了理论计算方法的正确性,得到较准确的面齿轮啮合刚度的计算方法。

为分析插齿加工中刀具安装误差对面齿轮齿廓曲面的影响,建立考虑刀具安装误差的面齿轮插齿加工的啮合坐标系;采用包络原理,推导了面齿轮齿廓曲面方程;应用数值仿真的方法,建立了含刀具偏置与轴交角误差的面齿轮齿廓曲面模型,分析刀具偏置与轴交角误差对面齿轮齿廓曲面的影响。研究结果表明,面齿轮齿廓曲面对刀具的安装误差不敏感。

面齿轮传动系统的齿面相对运动速度将影响系统的摩擦、润滑及动力学特性,文中根据面齿轮传动特点,推导了面齿轮齿廓曲面在接触点位置的相对速度方程,应用MATLAB进行仿真运算,分析模数、压力角、刀具齿轮与圆柱齿轮齿数差对齿廓曲面相对运动速度的影响。