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基于切向滚齿加工斜齿轮修形齿面的设计与分析

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第11期47卷 3677-3684页

作者：蒋进科方宗德西北工业大学机电学院陕西西安710072

为提高修形齿轮加工效率,并降低齿轮副振动与噪音,提出切向滚齿加工双鼓形齿斜齿轮设计方法。根据空间啮合原理建立3自由度切向滚齿模型,设计滚刀齿形及修正工件附加转交角与安装中心距,并推导工件修形齿面;其次,结合LTCA技术以承载传... 详细信息

为提高修形齿轮加工效率,并降低齿轮副振动与噪音,提出切向滚齿加工双鼓形齿斜齿轮设计方法。根据空间啮合原理建立3自由度切向滚齿模型,设计滚刀齿形及修正工件附加转交角与安装中心距,并推导工件修形齿面;其次,结合LTCA技术以承载传动误差(LTE)幅值最小为优化目标,获得上述加工参数,并分析LTE幅值与齿轮副重合度关系。研究结果表明:设计加工参数可减小安装误差敏感性,避免边缘接触;齿轮副LTE幅值降低44%,因此,有利于降低振动与噪音;当滚刀有齿向修形时,再增加合理的切向运动,使得滚切过程中,产生沿齿向方向齿形的连续变化,可消除传统加工(改变中心距)产生的齿形扭曲。

关键词：滚齿拓扑修形接触分析承载接触分析承载传动误差

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零承载传动误差幅值齿轮主动修形设计与分析

华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 99-108页

作者：蒋进科方宗德长安大学汽车学院/汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室陕西西安710064 西北工业大学机电学院陕西西安710072

为了消除轮齿刚度激励,提出零承载传动误差幅值(ALTE)齿轮主动修形设计方法。该方法通过预设修形齿面,结合齿面接触分析、承载接触分析(LTCA)获得轮齿啮合位置最大承载变形;以啮合周期承载变形量与该最大值相等为已知条件,构造新LTCA方... 详细信息

为了消除轮齿刚度激励,提出零承载传动误差幅值(ALTE)齿轮主动修形设计方法。该方法通过预设修形齿面,结合齿面接触分析、承载接触分析(LTCA)获得轮齿啮合位置最大承载变形;以啮合周期承载变形量与该最大值相等为已知条件,构造新LTCA方程,反求啮合位置的补偿齿间间隙(附加修形量)。该间隙大小需要根据齿面啮合位置进行约束,特点是沿轮齿瞬时接触线的补偿量相等,其叠加于原预设修形齿面即为零ALTE齿轮副的修形齿面。该方法将齿面几何分析与力学分析融为一体,准确快速获得任意修形齿轮零ALTE齿面。结果表明:补偿量的大小、形状与齿面补偿位置、预设修形量、载荷有关系。当补偿位置的预设修形量差异较小时,则补偿量变化与预设修形齿面的ALTE变化规律基本相反即承载变形越大,补偿间隙越小,因为实际补偿的是承载变形差异,整体补偿量也较小。当补偿位置的预设修形量差异较大时,则整体补偿量也较大,原因是不仅要补偿承载变形差异,还要补偿啮合位置预设修形量之间的差异。基于齿间间隙的补偿量不改变齿面接触印痕,预设拓扑修形齿面进行零ALTE的补偿修形可在更宽载荷范围降低ALTE。合理的补偿位置及预设修形量可使补偿量很好地融合于预设修形齿面,即获得可加工的零ALTE齿面,为高性能齿轮齿面减振设计、分析提供理论参考。

关键词：承载传动误差齿轮主动修形承载接触分析补偿齿间间隙

基于承载传动误差幅值最小的斜齿轮齿面修形优化设计

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航空动力学报 2013年第7期28卷 1637-1643页

作者：蒋进科方宗德苏进展西北工业大学机电学院西安710072

为了减小振动与噪声,提出了以承载传动误差幅值最小为优化目标的修形齿面设计方法:通过两段曲线与一段直线分别设计齿廓、齿向、三维修形(齿廓与齿向修形的叠加)修形曲线,通过三次B样条拟合了相应的修形曲面,与理论齿面叠加构造了斜齿... 详细信息

为了减小振动与噪声,提出了以承载传动误差幅值最小为优化目标的修形齿面设计方法:通过两段曲线与一段直线分别设计齿廓、齿向、三维修形(齿廓与齿向修形的叠加)修形曲线,通过三次B样条拟合了相应的修形曲面,与理论齿面叠加构造了斜齿轮修形齿面,推导了其法矢,将斜齿轮修形技术与承载接触分析技术结合起来,采用遗传算法对修形曲线参数进行优化,编制了一套齿面修形优化分析程序,能对修形后的斜齿轮副进行齿面接触分析(TCA)、承载接触分析(LTCA).结果表明:无修形齿轮副的传动误差幅值随载荷增加而增大,修形后随载荷的增加重合度逐渐增大,幅值会产生波动,然后保持稳定,为斜齿轮修形齿面优化设计提供了新的方法.

关键词：承载传动误差斜齿轮修形曲面优化承载接触分析

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拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第7期47卷 102-107页

作者：蒋进科方宗德刘钊长安大学汽车学院陕西西安710064 西北工业大学机电学院陕西西安710072

为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、... 详细信息

为了提高插齿刀精度和寿命并实现拓扑修形齿轮的加工,提出锥面砂轮轴向冲程点接触刃磨插齿刀及拓扑修形斜齿轮齿面插齿修正方法.首先根据啮合原理和磨削过程中砂轮和刀具之间的运动关系,建立插齿刀切削刃方程;然后通过修正砂轮齿形角、轴向廓形及展成运动,使重磨深度内切削刃误差最小.此外为提高刃磨效率,通过等粗糙度磨齿法,确定砂轮每次冲程的齿面径向位置及冲程总次数.根据切削刃方程,建立2自由度插齿模型;结合插齿齿面误差和给定的目标法向修形面,推导工件的实际插齿目标拓扑修形面,建立基于插齿刀刃形修正参数(砂轮压力角、轴向廓形及展成运动)和插齿运动修正参数(工件转角及插齿中心距)的齿面误差敏感性分析修正模型.通过优化算法求解各参数,实现了拓扑修形齿面插齿修正.

关键词：插齿斜齿轮拓扑修形锥面砂轮齿面高阶校正齿面误差

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基于承载啮合特性的斜齿轮行星系统均载分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第6期51卷 75-82页

作者：蒋进科刘钊刘红梅长安大学汽车学院陕西西安710064 长安大学汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室陕西西安710064

为了改善斜齿行星齿轮系统的均载性能,结合行星齿轮功率分流传动、汇流传动及构件浮动的特点,建立系统多个齿轮齿面加载接触分析模型,进行静力学均载特性分析.该模型以安装误差和构件浮动对各齿轮副接触间隙的影响为切入点,将几何分析... 详细信息

为了改善斜齿行星齿轮系统的均载性能,结合行星齿轮功率分流传动、汇流传动及构件浮动的特点,建立系统多个齿轮齿面加载接触分析模型,进行静力学均载特性分析.该模型以安装误差和构件浮动对各齿轮副接触间隙的影响为切入点,将几何分析与力学分析紧密融合,通过数学规划与优化的方法快速得到加载后各齿轮副齿面载荷分布与构件径向浮动量.相比于目前最常用的行星轮系静力学、动力学集中质量建模方法(集中力系模型),该方法是一种分布力系模型,具有一定先进性.结果表明:构件浮动是各内(外)齿轮副相对齿面初始齿间间隙逐渐协调并趋近相等的过程,当仅考虑太阳轮、齿圈中心距安装误差影响时,其径向浮动可实现完全均载;由于轴交角安装误差导致内(外)齿轮副几何传动误差及齿面接触位置不同,因此构件浮动能改善但不能实现理想均载;该方法可为高精度斜齿轮行星传动的均载设计与分析提供理论参考.

关键词：行星齿轮承载接触分析径向浮动均载安装误差

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法

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西安交通大学学报 2019年第6期53卷 44-53页

作者：蒋进科方宗德刘钊长安大学汽车学院西安710064 长安大学汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室西安710064 西北工业大学机电学院西安710072

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(T... 详细信息

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法及齿轮摩擦理论最新进展,得到接触线离散点的滑动速度、啮合承载变形、载荷分布及局部摩擦系数,进而确定齿面瞬时啮合效率和Block闪温。以承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面闪温最小和平均啮合效率最大进行多目标优化,获得最佳修形齿面,并分析齿面滑动速度与综合曲率半径的变化及重合度对啮合性能的影响。算例表明:最优ease-off修形齿面在啮入、啮出端有足够的抛物线传动误差,可有效减小ALTE并降低安装误差的敏感性;在整个齿高方向有一定的齿廓修形且接触迹线角较小时,齿轮副则有较大重合度,且齿顶、齿根载荷向节线附近集中,而节线附近的滑动速度较小,导致接触线平均摩擦系数下降,因此,啮合效率增加,齿面闪温下降;齿面适配量过大时,接触线载荷增加,摩擦功耗增大,啮合效率减小。

关键词：准双曲面齿轮 ease-off拓扑修形齿面闪温啮合效率承载传动误差承载接触分析

齿面磨损最小直齿锥齿轮Ease-off修形设计与分析

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西安交通大学学报 2020年第6期54卷 99-106页

作者：蒋进科刘钊刘红梅长安大学汽车学院西安710064 长安大学汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室西安710064

为了改善齿轮传动性能和可靠性,提出了直齿锥齿轮齿面抗磨设计与分析方法。该方法结合碟型刀具在摇台型机床切制直齿锥齿轮方法获得大轮齿面;通过预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,并叠加于大轮的共轭齿面表达修... 详细信息

为了改善齿轮传动性能和可靠性,提出了直齿锥齿轮齿面抗磨设计与分析方法。该方法结合碟型刀具在摇台型机床切制直齿锥齿轮方法获得大轮齿面;通过预置传动误差及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,并叠加于大轮的共轭齿面表达修形齿面。结合齿面接触分析、承载接触分析、Archard磨损公式,提出考虑磨损深度影响的齿面承载接触分析数值方法,将齿面几何分析与力学分析融为一体,且充分考虑了安装误差、齿面修形和磨损的耦合性,可准确快速获得齿形重构后的齿面磨损量;以无磨损时承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面磨损次数最多进行修形优化设计,获得最优Ease-off曲面,并分析磨损对ALTE的影响。结果表明:相同磨损量下,随载荷的增加磨损次数逐渐减少且趋于相等;随齿形重构次数增加,主要是双齿啮合区的齿面初始间隙增加,导致承载变形增大;多载荷工况下,随磨损次数增加最小ALTE及其对应的载荷逐渐增大;共轭齿面轻度磨损后ALTE有所改善。

关键词：直齿锥齿轮 Ease-off修形齿面磨损承载接触分析

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人字齿轮齿向修形优化设计

哈尔滨工业大学学报 2013年第11期45卷 86-92页

作者：蒋进科方宗德卞翔西北工业大学机电学院西安710072

考虑到安装误差、轴弯曲变形及扭转变形对齿面载荷分布的影响,根据人字齿轮传动的特点,提出小轮轴向浮动安装的齿面修形优化设计方法;通过3次B样条将齿向修形曲线拟合为三维修形曲面,并与理论齿面叠加构造修形齿面,建立轴向串动的齿面... 详细信息

考虑到安装误差、轴弯曲变形及扭转变形对齿面载荷分布的影响,根据人字齿轮传动的特点,提出小轮轴向浮动安装的齿面修形优化设计方法;通过3次B样条将齿向修形曲线拟合为三维修形曲面,并与理论齿面叠加构造修形齿面,建立轴向串动的齿面接触分析(TCA)模型,结合承载接触分析(LTCA)模型对有轴向串动的人字齿轮传动进行仿真,轴向串动保证了两端齿面各承担一半的扭矩,人字齿轮的修形可认为是一个斜齿轮的修形,即只考虑一端修形,另一端修形则与之对称;以齿面载荷密度最小为优化目标,应用遗传算法确定最佳修形齿面.算例表明:轴向串动是左右齿面间隙相互补偿的过程,串动后两边齿面载荷分布基本相同,修形后两端齿面载荷达到均匀;人字齿轮齿向修形与轴向串动相互补充,保证了齿面载荷整体上均匀.

关键词：人字齿轮接触分析承载接触分析齿向修形轴向位移修形曲面优化

Ease-Off修形准双曲面齿轮减振优化设计

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华南理工大学学报（自然科学版） 2020年第5期48卷 134-141,148页

作者：蒋进科刘钊彭先龙长安大学汽车学院汽车运输安全保障技术交通行业重点实验室陕西西安710064 西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

为了改善汽车驱动桥动态性能,提出基于Ease-off修形准双曲面齿轮齿面减振优化设计方法。该方法通过预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,小轮修形齿面表示为与大轮共轭的小轮齿面叠加Ease-off曲面。结合齿面接触... 详细信息

为了改善汽车驱动桥动态性能,提出基于Ease-off修形准双曲面齿轮齿面减振优化设计方法。该方法通过预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向Ease-off曲面,小轮修形齿面表示为与大轮共轭的小轮齿面叠加Ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法获得齿轮啮合刚度。以啮合位置受力分析为基础,应用集中质量法建立准双曲面齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,采用数值方法求解运动微分方程得到系统的振动响应。以法向振动加速度均方根最小为优化目标获得最佳修形齿面,并分析修形导致的刚度波形及幅值变化对系统动态性能的影响。算例表明:当修形量过大时导致刚度下降较多,引起法向振动增加;修形齿面的平均啮合刚度相差不大情况下,刚度曲线的形状较幅值对振动的影响更为敏感;最优Ease-off修形后系统振动明显降低,齿轮副的平均啮合刚度下降较少且刚度曲线中主要为啮合频率,基本无倍频成分;修形齿面承载传动误差幅值(ALTE)降低且曲线中的高频成分增加时,未必能减小振动;多载荷ALTE曲线基本可以反映振动随载荷的变化趋势。

关键词：准双曲面齿轮 Ease-off修形振动啮合刚度承载传动误差承载接触分析