滚轧成形技术可有效提高金属材料利用率、改善齿轮疲劳强度。对直齿圆柱齿轮的滚轧成形技术进行研究,推导齿面方程,实现了齿面点计算,利用DEFORM软件对直齿圆柱齿轮滚轧成形过程进行了模拟仿真,分析了等效应力场、等效应变场以及滚轧力的变化情况,明晰了各个阶段最大应变发生于坯料齿形中点偏齿根处、应力最大值在模具轮和坯料的接触处这一规律;探索了滚轧中突耳缺陷的形成机制,研究了摩擦因数对突耳的作用规律,实现了面向突耳控制的摩擦因数的优选,为圆柱齿轮的滚轧成形加工提供了理论基础。

以渐开线直齿圆柱齿轮啮合副为研究对象,采用有限元法计算了含齿根裂纹的故障齿的啮合刚度,分析了齿面接触应力分布特性,载荷的齿向分配特征以及载荷在齿面上随裂纹深度与裂纹角度变化时的分配比例关系,对比研究了齿根裂纹深度和裂纹角度变化对齿轮啮合刚度的影响。计算结果表明裂纹深度引起的啮合刚度变化相比裂纹角度引起的刚度变化明显,单齿啮合状态下刚度的变化更为突出;裂纹深度相比裂纹角度载荷分配系数变化剧烈;裂纹深度与裂纹角度引起的齿面应力变化相比正常齿显著;齿面间载荷分配呈非线性变化。

为了降低直齿圆柱齿轮端面的辐射和传导噪声,在前人研究的基础上,选用具有黏弹性特性的高分子材料——丙烯酸酯和聚氨酯,分别将其尽可能均匀地涂抹在直齿圆柱齿轮的两侧端面,对比了涂抹不同材料、不同涂抹厚度的降噪结果。试验结果表明,选用的高分子材料均能够降低直齿圆柱齿轮的辐射噪声;在一定厚度范围内,降噪幅度随材料涂抹厚度的增加而增加。

结合直齿圆柱齿轮精锻模的设计．介绍了利用SolidWorks软件完成模具设计的基本方法和一般步骤，并对所设计的直齿圆柱齿轮精锻模工作过程和特点进行了分析。

结合CAXA和SolidWorks对直齿圆柱齿轮进行三维建模,利用SolidWorks内置插件Motion对齿轮进行运动仿真,利用SolidWorks SimulationXpress对齿轮进行应力分析,最后以齿轮厚度为设计变量、齿轮安全系数为状态变量、齿轮质量为目标函数,建立了齿轮的优化模型,进行优化设计,使齿轮在保证安全系数的情况下质量最小化,降低了材料成本,提高了经济效益。

提出一种齿向修形的等半径圆弧鼓形齿面新结构,根据齿向修形原理推导出等半径圆弧鼓形齿面方程,构建含安装误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮渐开线齿的接触分析(TCA)模型,给出TCA算法和算例。TCA计算结果表明齿轮轴线的中心距误差对这种鼓形齿传动的接触轨迹影响很小,鼓形修形量、鼓形中心与齿宽中点的偏差及齿轮轴线的平行度误差都将对齿轮接触轨迹产生较大影响;通过调整修形参数和安装误差可以精确的预控接触轨迹的位置,这对高性能齿轮传动设计制造有较大参考价值。

运用MATLAB图像处理技术对直齿圆柱齿轮的参数测量方法进行了研究。通过机器视觉系统获取齿轮图像,并对其进行灰度化、去噪、二值化操作。按8邻域寻找齿轮孔区域并去除,运用Canny算子进行边缘检测;通过计算包含齿轮孔轮廓的最小矩形的尺寸得到齿轮孔直径。以8邻域边界跟踪法获得齿轮的单像素外轮廓。通过神经网络对外轮廓点分类的方法找到齿顶位置点和齿根位置点,运用最小二乘原理的圆拟合法计算齿顶圆和齿根圆直径;通过对齿顶或齿根图像进行膨胀操作后计算8连通区域的方法确定齿数;通过齿顶圆公式计算模数。编写齿轮参数测量软件并对6个直齿圆柱齿轮的参数进行了测量;通过与理论值的比较,验证了该方法的合理性。

齿轮传动由于受制造和安装误差、齿轮弹性和热变形等因素的影响,在啮合过程中不可避免地会产生振动、冲击和偏载,从而造成齿轮效率和寿命偏低的问题。针对该问题,运用虚拟仿真验证手段,以典型外啮合直齿圆柱齿轮为研究对象开展螺旋线修形优化。结果显示,优化后齿轮表面应力分布均载程度提高78.31%,传动误差降低41%,螺旋线载荷分布系数降幅达到39.3%,接近于1。可见,螺旋线修形能够显著改善因各种因素综合引起的螺旋线偏差,改善传动状态,提高啮合

在直齿圆柱齿轮高频试验机上对材料牌号为18CrNiMo7-6的直齿圆柱齿轮进行弯曲疲劳试验,获取了该齿轮相关疲劳寿命数据。综合运用SolidWorks与ANSYS Workbench Fatigue Tool对该合金钢齿轮进行疲劳寿命仿真,获取了相关疲劳仿真结果。仿真结果与疲劳寿命对比分析表明,在满足一定的工程精度的情况下,可采用ANSYS Workbench Fatigue Tool快速获零部件的相关疲劳寿命结果,降低产品研发周期与研发成本,具有一定工程参考意义。

通过对Pro／E软件的参数化设计方法进行研究，针对齿轮设计过程复杂以及设计精度低的特点，探讨利用Pro／E软件的参数化设计优势，根据渐开线方程生成精确的渐开线齿廓线，并从齿轮的功用和结构特点出发建立关系式，完成整个渐开线标准直齿圆柱齿轮参数化设计，并通过修改齿轮主要参数，快速设计如同类型的齿轮，达到简化齿轮设计方法、提高设计质量和效率的目的。