从尿素齿轮泵齿轮加工工艺的分析入手,基于精密切削原理,设计了一套齿轮成形切削夹具,并介绍了该夹具的工作过程。详细阐述了齿轮精密切削夹具的定位、切削等的结构设计,并对夹具的主要部件进行分析。夹具经使用,切削出的齿轮表面平整、光洁、无毛刺、无开裂,夹具使用寿面高。

为获取小模数塑料齿轮的静态强度,研发了小模数塑料齿轮静态强度试验台,可以精准测量出不同模数、转速、材料的塑料齿轮的静态强度。重点介绍了试验台的工作原理、构成和工装零部件的设计。试验台由机械系统、电控系统和测量软件组成,主要采用卧式结构,结构紧凑,占用空间小,工装夹具设计简单,便于测量。进行了静态强度的测试试验,测试了不同材料的静态强度。该试验台的研发,解决了小模数齿轮静态强度测试不准、测试装夹困难的问题。研究对塑料齿轮设计有一定的理论价值与实际应用价值。

高分子材料领域的快速发展,促进了中低载荷齿轮传动中金属齿轮塑料化的趋势。塑料斜齿轮常被用于代替金属蜗轮与金属蜗杆进行啮合传动,但金属与塑料材料的各方面性能差异较大,塑料斜齿轮损伤形式复杂,其疲劳寿命难以预测。针对这一问题,基于Hertz接触理论和航天领域形成的相对坐标法,运用多体动力学软件RecurDyn建立金属蜗杆与塑料斜齿轮的刚柔耦合动力学模型,获得了塑料斜齿轮在对应加载工况下的瞬态应力值,作为Durability模块中塑料斜齿轮的载荷输入值;引用德国塑料齿轮标准VDI 2736中POM齿轮疲劳寿命与接触应力幅值关系,得到塑料斜齿轮材料的S-N曲线,并基于应力时间历程寿命计算准则,对塑料斜齿轮的疲劳寿命进行了分析。通过疲劳台架实验验证了该分析模型的准确性,为后续塑料齿轮疲劳寿命的研究提供了理论依据。

啮合温度影响塑料齿轮服役过程中的疲劳、磨损、噪声等服役行为,在塑料齿轮的力学响应和性能预测时不可忽略。为预测塑料齿轮的啮合温度,考虑聚甲醛(POM)材料的温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应,建立了塑料齿轮啮合温度场有限元数值模型。基于POM齿轮副热黏弹接触分析,获取摩擦热流和滞后热通量作为热源;通过啮合温度与材料弹性模量耦合迭代,获取考虑温度-模量效应后的齿轮稳态啮合温度和齿面闪温。稳态啮合温度和闪温分析结果分别与试验和Blok理论结果吻合良好。研究结果表明,干运行条件下滞后生热温升对稳态啮合温度影响较小,摩擦生热温升是塑料齿轮稳态啮合温度的主要组成部分。

基于恒定应力加速疲劳寿命测试原理,研制了针对塑料齿轮的试验机,进行疲劳寿命的快速测试。重点研究了试验机的工作原理、结构以及核心零部件的设计。整体上采用卧式结构,设计了专用的齿轮工装来保证测试精度,由温控箱对测试环境温度进行调节控制。该试验装置可以准确测量塑料齿轮的转速、转矩、温度以及循环次数对传动效率的影响。试验结果表明,转矩越大,塑料齿轮在稳定磨损阶段的平均效率越低;平均温度越高,循环次数越少。为塑料齿轮寿命预测和失效形式的研究提供了一种高效可行的方法与装置,具有理论价值与实际应用价值。

传动副的标准设计常常出现传动元件的寿命不相等。通过传动元件的强度匹配,可有效解决此问题,从而提升齿轮传动寿命。从啮合原理出发,通过改变通常的标准设计参数,使得蜗杆副设计既能满足传动比及强度的要求,又能体现结构紧凑性,同时实现传动零件的啮合强度匹配。重点研究了两种参数修正方案变模数及同时变压力角的方法,以及单一变齿厚的方法。实践证明了两种方法的可行性和有效性。

塑料齿轮在不断的改进中已经广泛地应用在各种机械设备,通过分析尼龙610的材料特性并计算齿轮泵的设计参数,设计尼龙齿轮的齿轮泵。通过计算得出,尼龙610材料的强度可以实现标准齿轮泵的功率要求。尼龙齿轮的加工采用注射成型的方式,分析注射成型加工对齿轮齿形的影响,修改压力角以实现减小加工误差。

将GearTrax齿轮设计插件应用于塑料齿轮设计中,结合SolidWorks建立齿轮三维实体模型,并做简单的装配和啮合分析。利用SolidWorks及GearTrax齿轮设计软件对基于AGMA PT基本齿条修正设计的塑料齿轮进行建模并装配分析,发现塑料齿轮设计中存在问题并提出改进方法。

基于单面啮合测量原理,研制了塑料齿轮传动误差动态试验机,该试验机能够模拟塑料齿轮实际工况,实现不同参数塑料齿轮空载、负载及不同转速情况下传动误差的动态测量。重点介绍了该试验机的工作原理、组成和关键零部件的设计。进行了传动误差的动态测量试验,并简要分析了空载、负载、不同转速时传动误差的变化。试验结果表明,该试验机能实现塑料齿轮传动误差的快速测量,为提高塑料齿轮的传动性能、改进塑料齿轮的设计提供了可靠手段。