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。

提出了一种圆柱齿轮槽孔消隙减振结构。利用动力学软件Adams,对不同尺寸的槽孔、侧隙齿轮进行了振动加速度仿真,通过傅里叶变换和相关功率谱估计法,得到了振动加速度频谱图和功率谱图;设计了三因素三水平正交试验表,以啮合频率角加速度幅值作为正交试验的评价指标,获得了相对最优的参数设计方案;通过振动测试,验证了所提减振结构设计的有效性。槽孔结构能使齿轮振动加速度下降约20%~33%,试验与仿真结果相近。在槽孔松弛约束下,负侧隙对振动具有明显的抑制作用。

针对大模数齿轮高阶修形齿廓的滚齿加工,不同的滚刀前角的滚刀刃口曲线不同,对齿轮的齿廓精度影响较大。根据滚齿加工的2自由度的齿面包络原理,计算了滚刀基蜗杆与齿面的滚切接触迹线,通过旋转投影,计算了不同前角的滚刀刃口曲线,对比了刃口曲线的形状和倾角随滚刀前角的变化情况,为滚刀刃口曲线的设计和检测提供了依据,并通过修形齿廓的滚切加工和齿廓检测验证了上述设计方法。

为提高某齿轮产品的综合动态啮合性能,提出了控制齿面拓扑修形多项式系数的设计方法。利用差齿面,通过承载接触分析及弹流润滑模型,计算了齿面传动误差和啮合功率损失。以承载传动误差幅值、啮合效率及波动量为目标,通过正交试验设计和多因素多水平仿真,获得了齿面最佳拓扑修形参数;分析了修形参数对啮合性能的影响规律。结果表明,齿廓与螺旋线修形密切相关,齿廓修形比例增加,接触路径倾角变大,载荷向齿面中部集中,齿面重合度、接触线差曲率变大,有利于减小齿面接触应力,缓解边缘接触,同时减低齿面摩擦损失。

根据空间曲面啮合原理,构建共轭曲面的数理综合模型;基于该模型坐标变换,求得弧齿锥齿轮大、小轮齿面的数理解;基于曲面综合,给出齿面修形梯度曲面(简称Ease-off曲面)的构建方法;以齿面的旋转投影平面为坐标平面划分网格,计算了小轮修形齿面与共轭齿面的法向修形量,得到弧齿锥齿轮Ease-off曲面;通过解析Ease-off曲面,获得了完整的齿面接触形态差曲线、接触路径、传动误差等,与齿面实际接触斑点形态高度一致。为复杂齿面的拓扑设计、啮合形态仿真提供了一种准确可行的手段。

从经典空间啮合理论出发,定义了共轭曲面两类基本特征函数和特征矢量,阐述了两类特征函数在共轭曲面啮合特性分析中的作用,给出了共轭曲面啮合运动有关参数的表达方式。应用两类特征函数,对准双曲面齿轮啮合运动特性进行了研究,分析了刀盘半径对齿面卷吸速度、滑滚比、综合曲率半径的影响规律。结果证明,小的刀盘半径有利于改善齿轮副的接触和润滑性能。为齿面进一步拓扑设计和啮合性能控制奠定了基础。

中国工业软件的发展相比发达国家还比较落后,特别是齿轮传动设计分析类软件。随着工业互联网和工业APP的发展,中国工业软件的发展将迎来一个高潮。齿轮的啮合刚度和承载接触分析(LTCA)对于齿轮传动系统动力学分析至关重要,为此,基于SYSWARE.IDE工业互联网平台,应用Ease-off差齿面拓扑进行齿面啮合信息解析,开发了圆柱齿轮承载接触分析工业APP。通过算例输出了拓扑修形梯度图、接触线瀑布图、传动误差曲线、时变啮合刚度、承载传动误差变化曲线、齿面载荷分布状况、载荷齿间分担比等齿面信息。

"众工业"平台是新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的工业互联网平台产物,是制造业数字化、网络化、智能化的重要载体。工业APP是工业互联网平台发展的关键。介绍了工业APP的定义、概念及工业APP平台的运营模式和发展前景。基于SYSWARE. IDE工业互联网平台,介绍了齿轮传动设计APP的开发方法和应用场景;以渐开线圆柱齿轮传动几何尺寸计算为例,阐述了工业APP开发思路和流程。齿轮APP的运行和检验表明,所开发的齿轮APP能够满足计算准确、快速响应和工业互联网运行要求。

为了改善齿轮副的对角接触现象，将常规弧齿锥齿轮的渐缩齿改为等高齿齿形，采用0号刀齿铣齿，从理论上避免对角接触。基于齿轮的局部啮合原理、齿面接触分析（TCA）技术和承载齿面接触分析（LTCA）技术，对相同条件下等高齿设计与常规齿轮设计的实际接触区、载荷及应力应变进行了分析。分析与加工试验结果表明：理论与实际接触区位置基本相同，所受力的大小以及应力分布也基本相同。与传统的齿轮设计相比，等高齿弧齿锥齿轮设计保证了齿轮强度、齿轮啮合质量，使其接触区规范且易于调整，有利于提高加工效率。

通过分析弧齿锥齿轮加工原理、机床的结构和运动关系，对普通机械式铣齿机进行了二轴国产数控系统改造。完成了数控系统的可编程控制器PLC的二次开发，通过可编程控制器实现了液压系统手动与自动控制，重新设计了工作台液压进给系统；开发了弧齿锥齿轮数控加工的交互界面，最后进行了切齿试验。