承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计

牟彦铭; 何雪明; 方宗德

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20200502

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承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计

动力传输 | 更新时间：2025-04-07

- 承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计
- Wave tooth surface design of high contact ratio spiral bevel gear with minimum loaded transmission error
- 航空动力学报 2021年36卷第10期页码：2080-2089
- 作者机构：
  
  1.江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122
  2.江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122
  3.西北工业大学机电学院，西安 710072
- 作者简介：
  
  牟彦铭（1987-），男，讲师，博士，主要从事弧齿锥齿轮动力学与齿面设计研究。
- 基金信息：
  
  中央高校基本科研业务费专项资金(JUSRP12059);江苏省食品先进制造装备技术重点实验室自主资助基金(FMZ202021);国家自然科学基金(51975251;51375384)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20200502
  中图分类号：
- 稿件说明：
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牟彦铭, 何雪明, 方宗德. 承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计[J]. 航空动力学报, 2021,36(10):2080-2089.

Yanming MU, Xueming HE, Zongde FANG. Wave tooth surface design of high contact ratio spiral bevel gear with minimum loaded transmission error[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(10): 2080-2089.
牟彦铭, 何雪明, 方宗德. 承载传动误差最小的高重合度弧齿锥齿轮波动齿面设计[J]. 航空动力学报, 2021,36(10):2080-2089. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200502.

Yanming MU, Xueming HE, Zongde FANG. Wave tooth surface design of high contact ratio spiral bevel gear with minimum loaded transmission error[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(10): 2080-2089. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20200502.

摘要

为改善航空弧齿锥齿轮的承载啮合性能，结合ease⁃off技术提出一种波动齿面设计方法以降低高重合度弧齿锥齿轮的承载传动误差。鉴于中凹型修形曲线（修形齿面的几何传动误差曲线）可极大地减小高重合度弧齿锥齿轮传动的承载传动误差波动幅值，创建一种与高重合度相适应的波动齿面修形模型；结合ease⁃off技术建立以降低承载传动误差波动幅值为目标的优化模型；通过优化得到具有良好啮合性能的高重合度弧齿锥齿轮。分析发现：优化后2阶传动误差设计弧齿锥齿轮传动的承载传动误差波动幅值降低了34.152%，而由波动齿面设计方法所得改进修形弧齿锥齿轮的承载传动误差进一步降低了61.492%，有效地改善了高重合度弧齿锥齿轮传动性能，为高性能弧齿锥齿轮齿面设计奠定理论基础。

Abstract

To improve the meshing performance of spiral bevel gear，a novel wave tooth surface design method was proposed to reduce the loaded transmission error of high contact ratio spiral bevel gear based on the ease⁃off technology.In view of the fact that the concave transmission error can reduce the loaded transmission error of high contact ratio spiral bevel gear transmission，the wave tooth surface modification model suitable for the high contact ratio was established.Based on the ease⁃off technology，an optimization model with the pinion processing parameters as the optimization variable was established for reducing the loaded transmission error amplitude，and the spiral bevel gear transmission with good meshing performance was obtained by optimization.Through simulation analysis，it was found that the loaded transmission error amplitude of the optimized high contact ratio spiral bevel gear with second⁃order parabolic transmission error was reduced by 34.152%，and the loaded transmission error amplitude of the innovative modification spiral bevel gear obtained by the wave tooth surface design method was reduced by 61.492%.Therefore，the wave tooth surface design method proposed can effectively improve the meshing performance of high contact ratio spiral bevel gears，laying a theoretical foundation for tooth surface modification of spiral bevel gear transmission with good meshing performance.

关键词

Keywords

references

LITVIN F L , CUTMAN Y . A method of local synthesis of gears grounded on the connection between the principal and geodetic curvatures of surfaces [J]. Journal of Mechanical Design , 1981 , 103 （ 1 ）: 114 ⁃ 125 .

LITVIN F L , ZHANG Y . Local synthesis and tooth contact analysis of face⁃milled spiral bevel gears [R]. Chicago，US : NASA Lewis Research Center , 1991 .

田行斌 , 方宗德 . 弧齿锥齿轮加工参数的全局优化设计 [J]. 航空动力学报 , 2000 , 15 （ 1 ）: 75 ⁃ 77 .

TIAN Xingbin , FANG Zongde . Overall optimization on machine⁃tool settings of spiral bevel gears [J]. Journal of Aerospace Power , 2000 , 15 （ 1 ）: 75 ⁃ 77 . （in Chinese）

张金良 , 李少华 , 方宗德 , 等 . 准双曲面齿轮的齿面优化设计 [J]. 机械科学与技术 , 2007 , 26 （ 3 ）: 366 ⁃ 368 .

ZHANG Jinliang , LI Shaohua , FANG Zongde , et al . Hypoid gear machining parameter optimization [J]. Mechanical Science and Technology , 2007 , 26 （ 3 ）: 366 ⁃ 368 . （in Chinese）

STADTFELD H J . The ultimate motion graph [J]. Journal of Mechanical Design , 2000 , 122 （ 9 ）: 316 ⁃ 322 .

STADTFELD H J . What “ease⁃off” shows about bevel and hypoid gears [J]. Gear Technology , 2001 , 18 （ 5 ）: 18 ⁃ 23 .

SHIH Y P . A novel ease⁃off flank modification methodology for spiral bevel and hypoid gears [J]. Mechanism and Machine Theory , 2010 , 45 （ 8 ）: 1108 ⁃ 1124 .

SHIH Y P . Study on the flank modification of face hobbed hypoid gears [D]. Tainan，Taiwan，China : National Chung Cheng University , 2007 .

曹雪梅 , 邓效忠 , 聂少武 . 基于共轭齿面修正的航空弧齿锥齿轮高阶传动误差齿面拓扑结构设计 [J]. 航空动力学报 , 2015 , 30 （ 1 ）: 195 ⁃ 200 .

CAO Xuemei , DENG Xiaozhong , NIE Shaowu . Ease⁃off flank topography design for aviation spiral bevel gears with higher⁃order transmission errors by modification of conjugate [J]. Journal of Aerospace Power , 2015 , 30 （ 1 ）: 195 ⁃ 200 . （in Chinese）

魏冰阳 , 邓效忠 , 仝昂鑫 . 曲面综合法弧齿锥齿轮加工参数计算 [J]. 机械工程学报 , 2016 , 52 （ 1 ）: 20 ⁃ 25 .

WEI Bingyang , DENG Xiaozhong , TONG Angxin . Surface synthesis method on generating parameters computation of spiral bevel⁃gears [J]. Journal of Mechanical Engineering , 2016 , 52 （ 1 ）: 20 ⁃ 25 . （in Chinese）

魏冰阳 , 杨建军 , 仝昂鑫 . 基于等距Ease⁃off曲面的轮齿啮合仿真分析 [J]. 航空动力学报 , 2017 , 32 （ 5 ）: 1259 ⁃ 1265 .

WEI Bingyang , YANG Jianjun , TONG Angxin . Tooth meshing simulation and analysis based on isometric mapping ease⁃off surface [J]. Journal of Aerospace Power , 2017 , 32 （ 5 ）: 1259 ⁃ 1265 . （in Chinese）

KOLIVAND M , KAHRAMAN A . A load distribution model for hypoid gears using ease⁃off topography and shell theory [J]. Mechanism and Machine Theory , 2009 , 44 （ 10 ）: 1848 ⁃ 1865 .

KOLIVAND M , KAHRAMAN A . An ease⁃off based method for loaded tooth contact analysis of hypoid gears having local and global surface deviations [J]. Journal of Mechanical Design , 2010 , 132 （ 7 ）: 071004.1 ⁃ 071004.10 .

ARTONI A , BRACCI A , GABICCINI M , et al . Optimization of the loaded contact pattern in hypoid gears by automatic topography modification [J]. Journal of Mechanical Design , 2009 , 131 （ 1 ）: 011008.1 ⁃ 011008.9 .

ARTONI A , KOLIVAND M , KAHRAMAN A . An ease⁃off based optimization of the loaded transmission error of hypoid gears [J]. Journal of Mechanical Design , 2010 , 132 （ 1 ）: 011010.1 ⁃ 011010.9 .

赵宁 , 康士朋 . 基于遗传算法的弧齿锥齿轮动态特性优化设计 [J]. 航空动力学报 , 2010 , 25 （ 10 ）: 2396 ⁃ 2402 .

ZHAO Ning , KANG Shipeng . Optimization design of spiral bevel gears dynamic characteristics based on genetic algorithm [J]. Journal of Aerospace Power , 2010 , 25 （ 10 ）: 2396 ⁃ 2402 . （in Chinese）

SIMON V . Design of face⁃hobbed spiral bevel gears with reduced maximum tooth contact pressure and transmission errors [J]. Chinese Journal of Aeronautics , 2013 , 26 （ 3 ）: 777 ⁃ 790 .

ASTOUL J , MERMOZ E , SARTOR M , et al . New methodology to reduce the transmission error of the spiral bevel gears [J]. Annals⁃Manufacturing Technology , 2014 , 63 （ 1 ）: 165 ⁃ 168 .

蒋进科 , 方宗德 , 刘钊 . Ease⁃off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法 [J]. 西安交通大学学报 , 2019 , 53 （ 6 ）: 44 ⁃ 53 .

JIANG Jinke , FANG Zongde , LIU Zhao . Design of multi⁃objective tooth optimization for hypoid gear with ease⁃off topological modification [J]. Journal of Xi'an Jiaotong University , 2019 , 53 （ 6 ）: 44 ⁃ 53 . （in Chinese）

蒋进科 , 刘钊 , 彭先龙 . Ease⁃Off修形准双曲面齿轮减振优化设计 [J]. 华南理工大学学报（自然科学版） , 2020 , 48 （ 5 ）: 138 ⁃ 145，152 .

JIANG Jinke , LIU Zhao , PENG Xianlong . Optimization design of vibration reduction for hypoid gears with ease⁃off flank modification [J]. Journal of South China University of Technology （Natural Science Edition） , 2020 , 48 （ 5 ）: 138 ⁃ 145，152 . （in Chinese）

苏进展 , 方宗德 , 贺朝霞 . 基于啮合特性的弧齿锥齿轮动力学研究 [J]. 机械科学与技术 , 2016 , 35 （ 1 ）: 50 ⁃ 55 .

SU Jinzhan , FANG Zongde , HE Zhaoxia . Study on dynamic of spiral bevel gears based on meshing characteristics [J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering , 2016 , 35 （ 1 ）: 50 ⁃ 55 . （in Chinese）

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