以弧齿锥齿轮齿面修形设计为研究对象,提出了一种基于定量失配修形的齿面设计方法。揭示了齿面修形量、修形系数与齿面结构参数间的数学关系,在完全共轭齿面的基础上引入2阶修形曲面,建立了以齿面接触性能为导向的目标齿面;建立目标齿面与理论齿面间的齿面偏差修正模型,求解了机床调整加工参数修正量。以一对弧齿锥齿轮副为例进行验证,根据齿面修形量快速计算对应的修形系数,解决了修形系数盲目选取的问题。修形后齿面接触性能得到改善,切齿实验结果与理论分析结果一致。实验验证了提出的基于定量失配修形的弧齿锥齿轮齿面设计方法的有效性,该方法同样适用于其他齿轮齿面的修形设计。

针对成形法铣齿加工弧齿锥齿轮大轮,对切削速度、切削深度、进给速度等切削用量对加工表面残余应力的影响规律进行了研究。根据成形法切削加工弧齿锥齿轮的特点,建立斜角切削有限元三维仿真模型,对齿轮的切削加工过程进行模拟分析,运用单因素法分别模拟了切削速度、进给速度、切削深度以及冷却液对工件表面残余应力的影响。由模拟仿真结果得知,弧齿锥齿轮斜角切削已加工表面残余应力沿层深呈“勺形”分布且表面为残余拉应力,亚表面为残余压应力,表面切向残余应力大于轴向残余应力;表面残余拉应力会随进给速度和切削速度的增大而增大,残余应力的层深随进给量的增大而加深,切削深度对残余应力的影响不明显;添加冷却液能够降低表面的残余拉应力。研究为弧齿锥齿轮切削加工残余应力分析提供了理论参考。

为了对齿轮试验台运行状态进行监测,及时有效地发现运行故障,保证设备稳定地运行,提出了一种基于数字孪生的齿轮试验台状态监测方法。通过建立齿轮试验台的数字孪生模型,实时仿真齿轮试验台在正常运行工况下的运行状态,实现对齿轮试验台设备状态监测、故障判断和运行状态的预测。经闭功率流齿轮试验台测试结果对比表明,齿轮试验台数字孪生体仿真结果与齿轮试验台测试结果基本一致,此技术可以还原正常运行工况下齿轮试验台的运行状况,从而实现对齿轮试验台的状态监测,为故障诊断、状态监测提供了一种新方法。

建立了弧齿锥齿轮双重螺旋法加工的数学模型。基于齿轮啮合原理,完成了弧齿锥齿轮双重螺旋法加工齿面的数字化表达及离散化齿面点的构建,分析了各加工参数误差对齿面拓扑结构的影响程度;建立了齿面修正模型,通过算例验证,结果表明,齿面偏差得到了有效减小。

法兰突缘叉是汽车车桥的关键零部件,其端齿齿面的加工精度影响着车桥乃至整车的可靠性。对突缘叉端齿齿面计算与加工技术进行研究,以能够实现基于测量机的齿面测量与修正为目的,完成了齿面计算与偏差修正理论的构建,引入实例实现了突缘叉端面齿齿面的加工仿真,通过理论齿面与仿真齿面的过切量与残余量比较,验证了齿面计算的准确性;开展了突缘叉端面齿齿面实验加工,验证了齿面修正理论的正确性。为企业对突缘叉端面齿的加工提供理论参考。

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明:小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。

圆柱齿轮的加工毛刺与运输磕碰会对齿轮副的传动性能产生重要影响。对圆柱齿轮齿廓倒角加工技术进行研究,构建齿廓倒角加工的数学模型,基于仿真软件构建机床模型,编写加工程序完成齿廓倒角的仿真与分析。以此为基础,在铣齿机上完成了倒角加工实验,验证了齿廓倒角加工技术的可行性,为工业生产中渐开线齿轮齿廓倒角加工提供了新的解决方案。

为了实现面齿轮的高精度、高效率加工,研究面齿轮的车齿加工技术。分析面齿轮车齿加工原理,建立刀具数学模型,根据车齿展成原理推导面齿轮的齿面及齿根过渡曲面方程。以配对渐开线圆柱齿轮共轭的面齿轮齿面作为基准齿面,构建车齿齿面的偏差齿面,分析不同刀具螺旋角、齿数和前角对车齿齿面的影响规律。使用YK2260MC数控车齿机床进行车齿加工,使用格里森650GMS齿轮检测中心,进行齿面误差检测。结果表明:左侧齿面和右侧齿面的误差最大分别为14.7、14.1μm,验证了所提车齿加工数学模型的正确性,为提高面齿轮的加工精度和效率,进一步改进面齿轮车齿工艺提供了参考。

随着高端装备对低噪声、高强度弧齿锥齿轮(包括渐缩齿弧齿锥齿轮和延伸外摆线等高齿锥齿轮)传动性能的要求日益提高,通过齿面拓扑结构设计提高弧齿锥齿轮啮合刚度及承载能力、减小振动噪声、降低安装误差敏感性是当前的一个研究热点。简要介绍弧齿锥齿轮齿面拓扑结构设计的发展状况,论述了最新的齿面设计基本原理,分析了各自特点,对高性能弧齿锥齿轮的齿面设计提供了可以借鉴的方法。

研究了用盘状铣刀和铣齿机加工负压力角弧齿离合器的方法。首先,根据弧齿离合器的特点建立了铣齿加工数学模型,构建从刀盘向工件之间的坐标转换关系,选取合适的曲面坐标初值实现齿面点的计算,完成了齿面失配量分析。基于上述分析,引入算例完成离合器的三维造型和失配量计算,以验证齿面计算理论为目地进行加工仿真分析,结果表明了负压力角弧齿离合器齿面计算的准确性和方法的可行性。