圓弧齒輪研發(fā)現(xiàn)狀

1、鄭州機(jī)械研究所,研究員,劉世軍,一、圓弧齒輪嚙合原理,二、新齒制和新齒形,三、圓弧齒輪輪系,四、彎曲和接觸應(yīng)力分析,CAE,五、圓弧齒輪現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,CAD,六、圓弧齒輪先進(jìn)加工技術(shù),七、圓弧齒輪精度及測(cè)量技術(shù),前言,1922,年,Vickers-Bostock-Bramley,提出,VBB,齒輪，,1926,年,Eruest Wildhaber,提出法面圓,弧齒輪。之后，前蘇聯(lián)、英國(guó)、美國(guó)、,日本、印度和我國(guó)都先后進(jìn)行了圓弧齒,輪的研究試驗(yàn)工作。,1960,年在德國(guó),Essen,召開的國(guó)際齒輪會(huì)議，以圓弧齒輪為中,心議題。在,70,年代中期以前我國(guó)主要研,究應(yīng)用單圓弧齒輪，從,60,年代中期

2、我國(guó),又開始研究雙圓弧齒輪，但進(jìn)入實(shí)際性,的研究、試驗(yàn)和應(yīng)用是在,1975,年以后。,在“六五”、“七五”期間，我國(guó)對(duì)高,速雙圓,弧齒輪進(jìn)行了大量研究。完成了“高速雙,圓弧齒輪降低噪聲的研究”、“提高雙圓,弧齒輪在高速重載齒輪傳動(dòng)中承載能力的,研究”等課題。,1990,年代后期，鄭州機(jī)械,研究所、太原理工大學(xué)和中信重機(jī)完成了,“滲碳硬化雙圓弧齒輪超硬加工技術(shù)研究”,課題。鄭州機(jī)械研究所完成了“新型高參,數(shù)雙圓弧齒輪箱關(guān)鍵技術(shù)研究”課題。國(guó),內(nèi)學(xué)者就雙圓弧齒輪的嚙合原理、齒形優(yōu),化、雙圓弧齒輪傳動(dòng)優(yōu)化、動(dòng)態(tài)特性及磨,齒原理等方面進(jìn)行了研究，都得出很多可,喜成果。,一、圓弧齒輪嚙合原理,2003,

3、年盧賢纘、尚俊開出版了圓弧,齒輪嚙合原理專著，用齒條成形面在范,成運(yùn)動(dòng)中形成點(diǎn)接觸共軛傳動(dòng)，論述了圓,弧齒輪傳動(dòng)共軛原理、圓弧齒輪各種加工,方法和刀具設(shè)計(jì)理論和圓弧齒輪測(cè)量理論。,1997,年，美國(guó)芝加哥伊利諾斯大學(xué)的,Faydor L,，,Litvin and Jian Lu,發(fā)表了,New,Methods for Improved DoubleCircular-Arc,Helical Gears,?,(1) The geometry of double circular-arc helical,pinion and gear applied in external and internal

4、,gear drives,?,(2) New methods for generation of the,aforementioned gear drives with a low level of,transmission errors,?,(3) Methods of grinding of double circular-arc,pinion and gear,?,(4) Computerized simulation of meshing and,contact of the previously discussed gear drives,鄧力根據(jù)齒輪嚙合原理，采用雙自由度包,絡(luò)法，

5、由雙圓弧齒輪滾刀的齒面方程推導(dǎo),出齒輪齒面方程。,二、新齒制和新齒形,?,常彥偉,段德榮“通用雙圓弧齒輪齒形計(jì),算分析系統(tǒng)”基于圓弧齒輪的形成原理,和嚙合原理，建立了適用于各類雙圓弧,齒輪的齒形和其滾刀齒形的計(jì)算分析系,統(tǒng)，該系統(tǒng)為改善圓弧齒輪對(duì)中心距誤,差的敏感性而確立圓弧齒輪的合理齒形,提供了一種方法。,?,張靜,王鐵“雙圓弧齒輪齒形參數(shù)的模糊,優(yōu)化”,利用三維有限元方法和模糊優(yōu)化,設(shè)計(jì)方法，綜合考慮優(yōu)化模型中設(shè)計(jì)參,數(shù)及,約束條件，影響因素的隨機(jī)性和模糊性，,建立了雙圓弧齒輪齒形參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模,型，并結(jié)合實(shí)際算例進(jìn)行了分析。,?,吳潔,蔡春源“基于跑合性能的雙圓弧齒,輪齒形參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

6、”,通過對(duì)雙圓弧齒,輪達(dá)不到理想跑合狀態(tài)的分析，運(yùn)用了摩,擦磨損學(xué)原理，建立了雙圓弧齒輪的跑合,數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行了接觸有限元優(yōu)化計(jì),算，使其在保證具有等彎曲強(qiáng)度的條件下，,獲得了優(yōu)化雙圓弧齒輪的齒形參數(shù)，最后,通過雙圓弧齒輪跑合性能的對(duì)比試驗(yàn)，證,明優(yōu)化的齒形參數(shù)具有良好的跑合性能。,?,賈毅,邵家輝“雙向圓弧齒輪傳動(dòng)概述”,提出了一種新型雙重凸凹嚙合圓柱齒輪傳,動(dòng)雙向圓弧齒輪傳動(dòng)。在分析目前廣泛,應(yīng)用的雙圓弧齒輪傳動(dòng)的不足之處后，闡,述了雙向圓弧齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的基本思想和,這種齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。,?,段德榮,常彥偉“準(zhǔn)端面雙圓弧齒輪及其,齒面方程”敘述了準(zhǔn)端面雙圓弧齒輪的形,成原理，推導(dǎo)出了這

7、種齒輪的通用齒面方,程。通過端面齒廓圖譜的分析，經(jīng)與目前,廣為采用的法面圓弧齒輪以及理想的端面,圓齒輪的對(duì)比，指出了準(zhǔn)確面圓弧齒輪在,克服,法面圓弧齒輪傳動(dòng)接觸區(qū)位置對(duì)誤差敏感,性方面所具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。,?,劉世軍,陳淵,“,ZY-l,型硬齒面雙圓弧齒輪齒,形設(shè)計(jì)”,給出了中外現(xiàn)有硬齒面雙圓弧齒,輪齒形，分析總結(jié)了前人在硬齒面雙圓弧,齒輪齒形設(shè)計(jì)方面的工作；在此基礎(chǔ)上，,設(shè)計(jì)出針對(duì)齒面硬度大于,58HRC,，適用于,低速重載齒輪傳動(dòng)的刮齒、磨齒雙圓弧齒,輪新齒形。,?,潘華平,錢瑞明“新型圓弧純滾動(dòng)嚙合齒輪,傳動(dòng)的設(shè)計(jì)”,針對(duì)現(xiàn)有普遍應(yīng)用的共輥曲,線齒輪傳動(dòng)由于存在相對(duì)滑動(dòng)而導(dǎo)致的一,系列,不

8、良后果，詳細(xì)闡述了一種新型圓弧純滾,動(dòng)嚙合齒輪的齒廓實(shí)現(xiàn)方法，并給出了各,基本參數(shù)的確定原則，并通過計(jì)算機(jī)仿真,對(duì)本文理論和方案作了驗(yàn)證。,?,唐偉“變圓弧齒輪的形成原理及特性”,提出了一類變圓弧齒輪。利用偏差函數(shù)法，,給出了齒廓的完整構(gòu)造過程，證明了它滿,足齒廓嚙合基本定律；推導(dǎo)了齒廓方程，,討論了變圓弧齒輪的特性，給出了變圓弧,齒廓的實(shí)例；這種齒輪具有較高的承載能,力，特別便于高速、高精度數(shù)控加工。,三、圓弧齒輪輪系,?,NGW,盧賢纘已作出實(shí)物，沒有相關(guān)報(bào)道。,?,在國(guó)內(nèi)，辛洪兵等人是較早開始研究圓弧,齒廓諧波齒輪傳動(dòng)理論的。辛洪兵、何惠,陽(yáng)等提出諧波齒輪傳動(dòng)不變嚙合矩陣，用,數(shù)值方法證

9、明了諧波齒輪傳動(dòng)采用圓弧齒,廓的合理性，為進(jìn)一步研究圓弧齒廓在諧,波齒輪傳動(dòng)中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。辛,洪兵計(jì)算出柔輪采用圓弧齒廓時(shí)剛輪與之,共軛的理論齒廓，通過用嚙合圓弧對(duì)其進(jìn),行逼近，得到了嚙合誤差的變化規(guī)律。,曾世強(qiáng)、楊家軍等對(duì)雙圓弧齒形諧波齒輪,傳動(dòng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)特性分析，計(jì)算了雙圓弧,諧波齒輪傳動(dòng)的嚙合弧長(zhǎng)與側(cè)隙，從理論,上論證了雙圓弧齒形良好的工作性能。,?,天津職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院承擔(dān)的“圓弧齒,2K-V,型傳動(dòng)的,CAD,開發(fā)研究”，實(shí)現(xiàn)了,對(duì)圓弧齒,2K-V,型行星傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)的參數(shù),化,CAD,設(shè)計(jì)，并研制出了樣機(jī)。試制和,試驗(yàn)表明，這種傳動(dòng)裝置體積小、傳動(dòng)比,大，具有高剛性、高承

10、載能力、高傳動(dòng)效,率和高傳動(dòng)精度等特點(diǎn)。,四、彎曲和接觸應(yīng)力分析,CAE,應(yīng)用各種先進(jìn)軟件對(duì)圓弧齒輪進(jìn)行建模，,用有限元和邊界元分析接觸應(yīng)力和齒腰齒根,彎曲應(yīng)力。,?,張秀親,李瑞斌,張應(yīng)順“雙圓弧齒輪輪齒彎,曲應(yīng)力的研究”,用三維邊界元法對(duì),GB12759,91,雙圓弧齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力進(jìn),行了分析計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上得出齒根應(yīng)力,與法向載荷之間、齒腰應(yīng)力與法向載荷之間、,齒根應(yīng)力與當(dāng)量曲率半徑之間及齒腰應(yīng)力與,當(dāng)量曲率半徑之間的關(guān)系曲線研究表明，,大螺旋角,或小載荷時(shí)，齒腰應(yīng)力大于齒根應(yīng)力因,此，齒腰應(yīng)力也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需受到重視,.,李金蓮“雙圓弧齒輪凸、凹齒同時(shí)加載的,齒腰彎曲應(yīng)力”根據(jù)任

11、意轉(zhuǎn)角位置的雙圓,弧齒輪齒廓數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用,Pro/E,軟件構(gòu)建,了雙圓弧齒輪模型，首先分析比較了僅在,凸齒處加載和在凸、凹齒處同時(shí)加載兩種,不同加載方式時(shí)的齒腰彎曲應(yīng)力，然后在,輪齒的凸、凹齒處同時(shí)加載，對(duì)齒腰處的,彎曲應(yīng)力進(jìn)行了有限元分析，得出了雙圓,弧齒輪齒腰彎曲應(yīng)力與螺旋角、模數(shù)、齒,數(shù)的關(guān)系曲線。,?,趙寧,謝詠君,郭輝“基于熱彈耦合的雙圓,弧齒輪接觸特性研究”為了探討高溫重載,條件下雙圓弧齒輪的工作性能、為熱彈耦,合作用下雙圓弧齒輪疲勞壽命的預(yù)測(cè)提供,分析數(shù)據(jù)，對(duì)熱彈耦合場(chǎng)下的雙圓弧齒輪,進(jìn)行接觸特性研究。采用,Pro,E,與,ANSYS,聯(lián)合建模的方式，建立雙圓弧齒輪三維有,限元

12、熱彈耦合模型。利用,ANSYS,間接耦合,方法，在瞬態(tài)熱分析求得溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上，,在結(jié)構(gòu)分析中定義接觸對(duì)，采用穩(wěn)態(tài)分析,方法進(jìn)行接觸分析，求得熱彈耦合作用下,的接觸區(qū)域、接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。與非,耦合場(chǎng)下的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。,?,張華麗,陳淵,劉世軍,“,ZY-1,型硬齒面雙圓,弧齒輪,20CrMnMo,材料的彎曲疲勞極限應(yīng),力研究”,采用高頻脈動(dòng)試驗(yàn)方法，單齒,加載形式進(jìn)行彎曲疲勞試驗(yàn)，結(jié)合,ZRCAEV2,0,有限元分析，求出材料為,20CrMnMo,的,ZY-1,型滲碳淬火硬齒面雙圓,弧齒輪彎曲疲勞極限應(yīng)力的理論值，并將,其用于通用減速器系列的承載能力計(jì)算。,?,陳殿華,商桂芝,“基于

13、邊界積分方程法的,圓弧齒輪強(qiáng)度分析”,提出用邊界積分方,程法,(boundary integral equation method,，,BIEM),進(jìn)行圓弧齒輪強(qiáng)度分析的設(shè)汁方法。,在,研究中依據(jù)彈性理論的柯西型積分，建立,適合于各種載荷作用輪齒不同位置的齒輪,強(qiáng)度分析數(shù)學(xué)模型。在理論方程式建模中,采用間接式邊界積分方程法，以應(yīng)力函數(shù),作為解析對(duì)象，直接求解齒輪應(yīng)力、輪齒,剛度變形等。,?,武寶林,邵家輝“雙圓弧齒輪的接觸疲勞極,限與安全系數(shù)”,探討雙圓弧齒輪接觸疲勞,極限的計(jì)算方法。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，得到,調(diào)質(zhì)型雙圓弧齒輪,的接觸疲勞極限,，并推薦了接,觸強(qiáng)計(jì)算中最小安全系統(tǒng)的參考值。,五、圓弧

14、齒輪現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法,CAD,應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，對(duì)圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn),行各種優(yōu)化設(shè)計(jì)。,?,李建霞,張文信“基于,Solid Edge,的圓弧齒輪,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)”,用,VB6,0,作為工具，,開發(fā)基于,Solid Edge,的圓弧齒輪,CAD,系統(tǒng)，,實(shí)現(xiàn)了圓弧齒輪設(shè)計(jì)與校核自動(dòng)化以及圓,弧齒輪設(shè)計(jì)與繪圖一體化，提高了設(shè)計(jì)的,質(zhì)量和效率。,?,閻樹田,趙鵬飛,易湘斌“基于遺傳算法的雙,圓弧齒輪傳動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)”,針對(duì),常規(guī)設(shè)計(jì)中雙圓弧齒輪體積較大的問題，,在先選定螺旋角的情況下，以圓弧齒輪傳,動(dòng)的小齒輪齒數(shù)、法面模數(shù)及齒寬為設(shè)計(jì),變量，以兩圓弧齒輪的體積之和最小為目,標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用遺傳算法設(shè)

15、計(jì)理論，建立雙,圓弧齒輪傳動(dòng)的遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué),模型，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化結(jié)果,表明，應(yīng)用遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的,力法對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可,以克服單純用遺傳算法的早熟現(xiàn)象和神經(jīng),網(wǎng)絡(luò)發(fā)生局部收斂的缺點(diǎn)，體乖減少,30,以上,?,彭程“基于模糊可靠性理論的雙圓弧齒輪,傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)”,根據(jù)模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì),理論，綜合考慮雙圓孤齒輪傳動(dòng)中各設(shè)計(jì),參數(shù)、約束條件及影響因素的隨機(jī)性和模,湖性，建立了雙圓孤齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中模糊,變量與隨機(jī)變量同時(shí)存在時(shí)的以體積最小,為目標(biāo)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。,?,王莉靜,吳鳳林“主動(dòng)設(shè)計(jì)思想在圓弧齒輪,設(shè)計(jì)中的應(yīng)用”,根據(jù)齒輪所要求的機(jī)械特,性而進(jìn)行

16、齒面形狀設(shè)計(jì)，使圓弧齒輪齒面,的形狀設(shè)計(jì)具有更大的靈活性，并更能適,應(yīng)齒輪加工方面的要求,六、圓弧齒輪先進(jìn)加工技術(shù),鄭州機(jī)械研究所和太原理工大學(xué)等單,位成功研究出了滲碳硬化雙圓弧齒輪刮削,加工的成套制造技術(shù)，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)加工,的硬齒面雙圓弧齒輪，其承載能力與相同,規(guī)格的硬齒面漸開線齒輪相當(dāng)。硬齒面雙,圓弧齒輪刮削精加工工藝的試驗(yàn)成功，結(jié),束了硬齒面雙圓弧齒輪沒有合適的精加工,工藝的歷史，是硬齒面雙圓弧齒輪加工技,術(shù)上的一次重大創(chuàng)新。,在圓弧齒輪磨齒方面，學(xué)者作了大量,理論分析。,?,段德榮“磨前雙圓弧齒輪的齒面余量分布,及其基準(zhǔn)齒形設(shè)計(jì)”,通過對(duì)磨前圓弧齒輪,的幾種齒面磨削余量分布方案的對(duì)比，

17、給,出了磨前圓弧齒輪基準(zhǔn)齒形的設(shè)計(jì)方案。,?,韓振南,邵家輝“用成形法磨削圓弧齒輪的,砂輪截面廓形的計(jì)算”成彤磨削法精加工,齒輪的關(guān)鍵在于修整砂輪的截面形狀。詳,抽地推導(dǎo)出加工雙圓弧齒輪的砂輪截面廓,形的計(jì)算表達(dá)式,并開發(fā)了通用計(jì)算程序。,根據(jù)實(shí)例計(jì)算結(jié)果、討論了砂輪直徑及安,裝角度對(duì)磨削齒面干涉的影響,?,張光輝“雙圓弧齒輪的逼近磨削原理”,提,出了用指狀砂輪加工雙圓弧齒輪的逼近磨,削方法，,闡述了逼近磨削雙圓弧齒輪的原,理：要求磨削得到的雙圓弧齒輪齒面最佳,逼近滾切加工得到的雙圓弧齒輪齒面（所,要求的齒面,），從而求出最佳調(diào)整參數(shù)。,七、圓弧齒輪精度及測(cè)量技術(shù),近年來，學(xué)者對(duì)圓弧齒輪的精度

18、和測(cè),量做了一些努力，但這方面仍然不能滿足,生產(chǎn)需要。,?,武寶林,邵家輝“軸線平行度誤差對(duì)雙圓,弧齒輪傳動(dòng)誤差的影響分析”,應(yīng)用圓弧,齒輪的嚙合原理，研究了雙圓弧齒輪傳動(dòng),的軸線平行度誤差和其傳動(dòng)誤差之間的關(guān),系，據(jù)此分析了不同方向的軸線平行度誤,差、螺旋角等對(duì)其傳動(dòng)誤差的影響情況。,?,武寶林,邵家輝,孟惠榮“雙圓弧齒輪的螺旋,角誤差對(duì)其傳動(dòng)誤差的影響分析”,分析研,究了螺旋角誤差對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)過程中,傳動(dòng)誤差的影響規(guī)律，并且介紹在條件允,許時(shí)，增大齒輪螺旋角，有利于減小雙圓,弧齒輪傳動(dòng)過程中的傳動(dòng)誤差，進(jìn)而提高,其動(dòng)態(tài)傳動(dòng)性能。,?,張燕,衛(wèi)國(guó)強(qiáng)“圓弧齒輪齒形誤差測(cè)量技術(shù),的研究及用極坐標(biāo)法測(cè)量圓弧齒輪齒形誤,差的探討”,本文結(jié)合現(xiàn)有測(cè)量手段，分析,探討了各種測(cè)量圓弧齒輪形誤差的原理，,方法，