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高阶椭圆锥齿轮是一种新型的非圆锥齿轮,用来实现相交轴间特定的变速比传动,与传统机构相比,高阶椭圆锥齿轮综合了非圆齿轮和圆锥齿轮的传动特点,具有结构紧凑,体积小重量轻等特点,在工程机械、农用机械以及变流量泵等行业具有广阔的发展前景。近年来高阶椭圆锥齿轮设计与加工理论逐步完善,但是对齿轮相关误差的检测已成为制约该齿轮发展的重点问题之一。因此实现齿轮误差相应的检测与分析,对实现高阶椭圆锥齿轮的发展和应用具有重要的理论与实用意义。 本课题研究来源于国家自然科学基金项目(50875269),主要探索了高阶椭圆锥齿轮误差的检测与分析方法。针对于高阶椭圆锥齿轮传递运动的准确性、稳定性以及载荷分布的均匀性,提出了节曲线相关误差,齿面误差以及齿轮副接触精度等误差检测项目。具体研究内容如下: ①利用微分几何与曲面微积分理论,完成节曲线空间曲率半径以及几何特性的推导和研究,建立了节曲线相关误差(单个齿距误差,k个齿距累计偏差和齿距累计总偏差)的三坐标检测理论,得到了对应的误差结果。利用移动平均理论,确定了节曲线空间曲率半径对单个齿距偏差的影响规律。通过对齿距累计总偏差与标准齿距的比值进行拉格朗日插值,研究了距累计偏差的增长规律。 ②基于高阶椭圆锥齿轮齿廓的虚拟包络理论,结合齿轮啮合原理,完成了圆锥齿轮刀具齿廓的统一建模。利用球面几何原理,推导了虚拟包络理论中高阶椭圆锥齿轮的齿廓参数方程。结合三维光学检测理论和反求工程技术,实现了高阶椭圆锥齿轮加工齿面的检测,得到了齿面法向偏差及其分布规律,同时验证了虚拟包络理论以及齿廓参数方程的正确性。 ③根据齿轮啮合原理,推导了高阶椭圆锥齿轮副压力角的变化规律。结合高阶椭圆锥齿轮副的受力分析,确定了切向力变化的周期性规律。设计完成了高阶椭圆锥齿轮副的接触精度检测实验,得到了全齿的接触斑点检测结果,验证了切向力对接触斑点影响规律。结合理论分析与实验,研究了高阶椭圆锥齿轮副安装距对接触斑点的影响特点,指导了齿轮副的安装与调整。 ④利用ExcelVBA和VisualStudio,编写了高阶椭圆数据节曲线与齿面接触斑点处理与分析系统,用以完成齿轮节曲线和切向力的理论计算,并完成相应实验数据的筛选,处理与分析,从而简化并规范了实验数据处理与分析。