针对直齿锥齿轮的齿根大多采用0.3倍模数的定半径圆角过渡,容易造成齿根弯曲应力偏大、锥齿轮使用寿命降低等问题,提出了一种变半径齿根圆角锥齿轮的设计方法。建立了标准齿根圆锥下的变半径齿根圆角一般方程;基于某电动汽车差速器定半径非标行星齿轮,推导出不同齿根圆锥下的齿根变半径圆角的一般方程,对非标行星齿轮进行了优化设计。通过有限元动力学和疲劳寿命仿真分析得知,变半径齿根圆角相较于半径最大的定半径圆角,锥齿轮平均齿根弯曲应力减小了10.8%、疲劳损伤降低了6.6%。所提出的设计方法提升了锥齿轮力学性能和疲劳寿命。

对球面渐开线斜齿锥齿轮齿面生成原理进行了分析;根据齿面生成过程中基圆锥相切平面上的发生线在基圆锥上纯滚动生成的基本原理,提出了一种齿面铣削加工新方法,该方法以圆盘铣刀刀刃端面圆与基平面相垂直相交得到的结交线为齿面发生线,利用齿面生成的相对运动关系实现刀具与工件的相对运动;通过对齿面的展成运动进行分析,建立了机床刀具与工件的加工运动过程模型,通过机床三轴联动的方式实现对齿面的切削;设计了斜齿锥齿轮切削试验的装置,通过切齿试验验证了该方法的正确性和可行性。

基于锥面上球面渐开线的生成原理和齿面分析,给出了一种从任意复杂的螺旋起始线上的点开始,从曲线到曲面分块建模,再以参数耦合求得曲面方程的建模方法。以直齿和螺旋锥齿轮的球面渐开线齿廓曲面的建模实例验证了方法的通用性和正确性。曲线、曲面或起始螺旋线的各自建模过程都可独立引用,通用性强,易于计算机程序实现。可实现变螺旋角等复杂螺旋特性锥齿轮齿廓曲面的精确建模。

为提高螺旋锥齿轮的加工精度,提出双正交B样条小波的优化设计方法。以球面渐开线的形成理论为依据,运用MATLAB获取齿面离散点数据。利用双正交B样条小波去除齿面高频细节特征信息,保留低频主体特征信息,重构出一组更合理、有效的齿面离散点。将重构的数据点通过NURBS曲面进行精确拟合后,得到具有较低高斯曲率和较低复杂程度的齿面。将该方法获得的齿面数字化模型进行数控加工并对精加工后的齿面运用三坐标测量仪进行测量和误差分析。结果表明

基于球面渐开线形成原理,推导出了球面渐开线的参数化方程。根据纵向齿形是弧齿锥齿轮的齿面与节锥交线的性质,建立了齿向曲线参数化方程。齿根曲线和齿顶曲线分别是齿根圆弧和齿顶圆弧,由此分别建立了齿根参数化曲线和齿顶参数化曲线方程。齿面和齿根的过渡圆角部分,通过倒角圆方法进行优化处理。针对弧齿锥齿轮轮齿端面特征,给出了精确划分轮齿有限元网格的方法。对某弧齿锥齿轮副,在MATLAB环境下获得了含齿根过渡曲面的精确轮齿有限元模型,为齿轮啮合的应力分析和修形提供了精确的数字模型。

以齿轮啮合原理为基础,阐述了球面渐开线螺旋锥齿轮齿廓的形成机理,建立了螺旋锥齿轮齿面点坐标参数方程,构建了格里森制螺旋锥齿轮数学模型.利用基于Pro/E参数化建模方法,创建了螺旋锥齿轮单齿齿形,用阵列操作,建立了完整的螺旋锥齿轮三维实体造型,并通过运动仿真验证了该建模的精确性,为螺旋锥齿轮设计与制造研究提供了一种参数化设计方法.