齿面磨损会改变齿廓形状从而导致接触状态发生改变,进而影响齿轮的动态特性和使用寿命等。针对渐开线直齿圆柱齿轮,基于Hertz理论和Archard公式建立磨损模型,并数值仿真了齿廓各点的磨损深度分布。计算表明,从齿根到齿顶磨损深度先减小后增大,在节点处磨损深度最小,在小齿轮的齿根处磨损深度最大,齿顶次之。在此基础上进一步探讨磨损对齿面接触载荷的影响,结果表明随着磨损深度的增加,双齿啮合区齿面载荷波动增加,单双齿交替点载荷突变减小。靠近齿根的双齿啮合区接触载荷先减小后增大,靠近齿顶的双齿啮合区接触载荷先增大后减小。该结论可以为进一步研究齿轮磨损影响因素进而提高齿轮的使用寿命提供理论支撑。

为了研究渐开线直齿轮在混合弹流润滑下的磨损演化过程和磨损规律,考虑齿轮副的润滑条件、热效应和磨损过程中的载荷变化,建立了混合弹流润滑下的直齿轮副磨损模型;计算了齿面磨损深度、齿面接触温度和接触压力,对齿轮副磨损过程中的齿面接触压力和接触温度的变化进行了分析。结果表明,在齿轮副啮入点处的磨损量较大,齿面磨损在一定程度上能够使啮入位置的接触压力和接触温度降低,啮入点附近磨损速率随时间呈降低趋势。分析了齿面粗糙度、输入转矩和转速等参数对直齿轮磨损规律的影响。结果表明,合理设计齿轮参数有利于抵抗齿轮磨损。

研究准静态工况下齿面非均匀磨损对齿轮模态特性的影响。根据Hertz接触理论和Archard公式建立准静态磨损模型,对齿轮齿面磨损情况进行数值仿真。计算结果表明,主、从动轮的齿顶处和齿根处磨损较大,其中,齿顶处磨损量小于齿根处,主动轮的齿根位置磨损量最大,节点处齿轮做纯滚动,不产生磨损,在单齿、双齿啮合区交替处磨损量有突变。在此基础上,按数值分析结果施加齿面磨损故障,导入到Abaqus中进行仿真,进一步分析了磨损前后齿轮的模态特性。仿真结果表明,齿轮具有丰富的振动形态,磨损对振型影响不明显,但固有频率出现明显升高,其中,7~10阶的高阶固有频率增大幅度要高于低阶固有频率增大的幅度。

针对直齿轮多工况使用情况,研究了小轮修形齿面理论建模方法和直齿轮传动多工况多目标修形优化方法,进行了两种工况下直齿轮传动多工况多目标修形优化设计,并进行了修形和不修形齿轮的齿面啮合仿真,通过对比分析,验证了齿面优化修形后达到了较好的综合性能,两种工况下的承载传动误差波动幅值和最大闪温均明显下降。研究成果为提高直齿轮综合性能的修形设计奠定了基础。

含安装误差的直齿轮啮合时会发生边缘接触,引起应力集中,影响使用寿命,且由于垂直平面不平行度误差将产生更大的齿向接触偏差。因此,以含垂直平面不平行度误差的直齿轮为研究对象,在系统介绍齿轮接触应力数值计算理论的基础上,计算了不同安装误差和载荷工况下的接触应力、接触宽度和相应的齿向载荷分布系数,并将无安装误差时的计算结果与按国家标准计算的结果进行了对比分析。结果表明,无安装误差时,计算结果与国标计算结果吻合度较高,并且能够反映轮齿接触时的"边缘效应";相同载荷下,随着安装误差的增大,齿宽方向接触不均现象加剧,并出现一侧脱离接触的情况;相同安装误差下,随着载荷的增大,接触不均现象得到改善;最大接触应力随着安装误差的增大和载荷的增大均呈现出非线性增加。

提出一种针对直齿轮的双样条修形方法,分别采用样条曲线来设计修形后齿面的齿廓线及齿向线,齿面由齿廓样条曲线沿齿向样条曲线扫掠得到。相对于传统复合修形,双样条修形方法的控制参数更多,使得齿面几何改变更灵活,并能实现全齿面点的更高阶次连续。通过有限元分析(FEA),对比分析了双样条修形的优越性,结果表明,双样条修形与传统复合修形相比,可以实现更高啮合性能的齿面设计,其中,啮合传递误差曲线和啮合刚度曲线更平缓,静态传递误差频谱幅值减小。通过加工实验和齿面精度检测,验证了双样条修形方法在齿轮实际加工中的可行性。研究表明,新提出的双样条修形方法是实现高性能直齿轮修形设计的一种有效方法。

针对齿面接触温度对齿轮啮合过程的重要影响,基于Blok闪温理论推导了直齿圆柱齿轮在4种不同润滑状态下的齿面接触温度计算公式,分析齿面接触温度沿啮合线的分布情况及转速、转矩、润滑油黏度和齿侧间隙对齿面接触温度的影响规律,实验测量不同工况下的齿面接触温度。数值计算结果和实验结果表明,齿面接触温度在进入啮合位置和齿顶处达到最高,而在节点附近接近于室温。弹流润滑状态下齿面接触温度随着润滑油黏度增大而升高;在混合润滑状态下则相反;边界润滑状态下润滑油黏度与齿面接触温度无关;随着转速、转矩和齿侧间隙增大,齿面接触温度升高。研究结果可为齿面接触温度的计算和实验测量提供依据。

采用高次幂、短修形方式设计望远镜传动直齿轮,既满足重合度要求,又可改善齿轮的静传动误差,还能消除齿顶刮行现象,避免应力集中。定义空载传动误差设计曲线为齿廓修形参数,根据虚拟加工过程,建立修形齿廓方程。采用轮齿接触分析理论,结合有限元法,计算了空载传动误差曲线、齿轮承载变形曲线以及静传动误差曲线、并计算了定载荷情况下,考虑齿距误差的齿廓修形方程。结合仿真算例,对比未修形齿轮与修形齿轮的静传动误差以及主动轮齿顶处的应力,表明修形效果明显。

介绍了一种齿轮动态传动误差测量装置,提出未经修正和修正的直齿圆柱齿轮的动态应力强度因子和动态传动误差的测量方法。通过实验研究,对同一齿轮采集的应力强度因子和动态传动误差数据进行分析,并探明它们之间的关系。

论述了齿轮的渐开线齿形铣削原理,推导出指形齿轮铣刀齿形计算步骤,开发基于VB程序的指形齿轮铣刀齿形计算程序,使用该程序能迅速精确地运算出各种渐开线指形铣刀齿形数据,使计算过程由繁变简,提高了齿轮刀具的设计精度和效率。