基于齿轮啮合原理和微分几何理论,获得插齿刀具与非圆齿轮齿坯的运动坐标转换关系,模拟了非圆齿轮齿廓获取的插齿加工过程;同时,针对非圆齿轮传动过程中的冲击振动和噪声问题,以插齿刀具修形为手段,以非圆齿轮齿廓修形为目的,得到了一种精确、高效、通用的非圆齿轮齿廓的修形设计方法;利用动力学仿真软件,对修形前后的非圆齿轮进行了运动学仿真。结果说明,修形后的非圆齿轮在传动过程中的冲击振动现象明显减弱,能够有效降低齿面磨损,较好地增加轮齿的使用寿命,验证了该修形方法的正确性。为非圆齿轮的实际应用与发展提供了重要的理论研究方法和设计依据。

非圆齿轮作为现代工业中最关键的基础件之一,其运动特性直接影响整个机构的运行状况。为了研究中心距误差对非圆齿轮动态啮合力影响,对不同阶数非圆齿轮在中心距误差条件下的动态啮合力进行仿真分析,获取不同中心距误差下非圆齿轮动态啮合力变化趋势。分析表明:随着设定的中心距误差不同,非圆齿轮动态啮合力不同,随着中心距的减小,啮合力波动幅值减小;随着中心距的增大,啮合力波动幅值增大;不同频率下非圆齿轮啮合力幅值变化不同。上述研究可为非圆齿轮传动性能改善、减振降噪提供参考。

为了提高非圆齿轮的测量精度和效率,提出应用三坐标测量机进行测量的思想。从制造工艺上根据非圆齿轮有别于圆齿轮的特点,提出适用于非圆齿轮的误差项目。通过类比圆柱齿轮精度指标公差的计算方法,找到非圆齿轮精度指标公差的计算方法。选取合适的测头、对测量路径进行规划、采用三坐标测量机实现对非圆齿轮的逐齿扫描测量,以获得非圆齿轮的齿廓数据值。在此基础上,对数据值进行曲线拟合和计算,从而得出非圆齿轮的误差。

为了提高非圆齿轮的测量精度,提出了一种非圆齿轮齿面的三维测量方法。根据非圆齿轮啮合原理,建立非圆齿轮的齿面模型,完成了非圆齿轮的三维实体建模。为了比较真实地反映齿面的几何形状信息,提出了一种利用截交线对齿面进行等弧长采样的方法,对非圆齿轮齿面进行网格化划分。以椭圆齿轮为例,通过Einscan-SP扫描仪得到非圆齿轮的三维实体模型,利用Geomagic Qualify软件进行体模型与理论模型的对齐,并对对齐的齿面进行网格化划分得到非圆齿轮齿面的三维误差值。此方法消除了二维定位误差对测量精度的影响,提高了非圆齿轮的测量精度。

针对一种无游梁式抽油机用椭圆齿轮行星轮系换向机构输出摆角小、不能满足长冲程需求的问题,分析了该机构输出摆角大小的影响因素,将结果以图形面积表现在一对非圆齿轮副的传动比曲线中。根据分析结果,构造了满足应用需求的非圆齿轮副传动比曲线,求解非圆齿轮的节曲线方程,建立该机构的三维模型并进行运动仿真,得到输出摆角和输出角速度幅值曲线。分析结果表明,与原来的椭圆齿轮行星轮系换向机构相比,该机构增大了输出轴的摆角,从而可以增大抽油机的冲程。