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弧齒錐齒輪是動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，在重量、強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)性能和可靠性方面都有著很高的要求由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的弧齒錐齒輪有著近似于圓柱直齒輪的重合度和嚙合特性，因此在高速重載的工作條件下產(chǎn)生了突出的振動(dòng)噪音問(wèn)題，引起學(xué)者們的關(guān)注作者曾提出了通過(guò)控制齒面接觸路徑的傾斜度和長(zhǎng)度，獲得高重合度弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)的理論和方法，可有效地改進(jìn)弧齒錐齒輪的動(dòng)態(tài)性能作者設(shè)計(jì)了理論重合度達(dá)到弧齒錐齒輪傳動(dòng)，通過(guò)有限元分析嚙合仿真和承載嚙合仿真LTCA技術(shù)，證明了高重合度弧齒錐齒輪具有良好的嚙合性能和動(dòng)態(tài)特性。
但是，當(dāng)齒面接觸路徑傾斜，甚至越過(guò)整個(gè)齒向長(zhǎng)度時(shí)，嚙合性能(齒面印痕和傳動(dòng)誤差)相對(duì)于齒輪位置誤差的敏感性增大；而齒距相對(duì)誤差也影響到齒輪的實(shí)際重合。因此作者就安裝誤差和加工(齒距)誤差對(duì)高重合度弧齒錐齒輪嚙合性能和承載性能的影響進(jìn)行了理論分析和研究，證明了在航空齒輪精度的范圍內(nèi)，高重合度弧齒錐齒輪的性能仍然是優(yōu)越，作者應(yīng)用有限元方法進(jìn)一步研究分析了高重合度弧齒錐齒輪在不同載荷下和不同裝配誤差條件下的彎曲應(yīng)力狀態(tài)。
采用局部綜合法在保證齒輪基本參數(shù)不變的條件下，通過(guò)傾斜接觸跡線和改變齒面的失配量，設(shè)計(jì)了封重合度不同的弧齒錐齒輪，并用TCA和LTCA技術(shù)獲得了被加工齒輪的嚙合性能和承載嚙合性能上部是空載傳動(dòng)誤差和大輪轉(zhuǎn)矩為1500 Nm的承載傳動(dòng)誤差曲線，中部是齒面嚙合路徑和仿真接觸區(qū)，下部是在大輪轉(zhuǎn)矩為1500 Nm時(shí)的齒面載荷隨載荷與變形增大，傳動(dòng)誤差曲線位置下棟當(dāng)前載荷下傳動(dòng)誤差(承載傳動(dòng)誤差)曲線與單齒傳動(dòng)誤差曲線相截，截得的單齒設(shè)計(jì)傳動(dòng)誤差曲線上部代表參加嚙合的齒面接觸部么當(dāng)實(shí)際傳動(dòng)誤差曲線越過(guò)設(shè)計(jì)傳動(dòng)誤差曲線下端時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生邊緣接觸因此，當(dāng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)誤差的兩端幅值接近時(shí)，在小輪和大輪頂部同時(shí)出現(xiàn)邊緣接觸，此時(shí)產(chǎn)生邊緣接觸的容許載荷較大此外，實(shí)際傳動(dòng)誤差的相對(duì)幅值(波動(dòng)情況)越小。
在文獻(xiàn)中提出了設(shè)計(jì)重合度和實(shí)際重合度的設(shè)計(jì)重合度是指從大輪齒頂進(jìn)入嚙合到小輪齒頂退出嚙合所能達(dá)到的最大重合度，實(shí)際重合度是由于弧齒錐齒輪的特性，在一定負(fù)荷下才能達(dá)到的重合度在負(fù)荷趨于零時(shí)，實(shí)際重合度而隨載荷增大，所能達(dá)到的不產(chǎn)生邊緣接觸時(shí)的最大重合度為設(shè)計(jì)重合度，載荷繼續(xù)增大則引起邊緣接觸，此時(shí)重合度略有增大。
上部單條幾何傳動(dòng)誤差曲線表示單齒對(duì)從進(jìn)入到退出嚙合，曲線周期表示嚙合周期，因此可得設(shè)計(jì)重合度由承載傳動(dòng)誤差曲線的縱向位置可得到此載荷下的實(shí)際重合度部齒面嚙合路徑上取昨離散點(diǎn)為一個(gè)嚙合周期，因此也可從嚙合路徑全長(zhǎng)所包含的離散點(diǎn)數(shù)確定設(shè)計(jì)重合度是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)重合度CR(Contact Ratio)約在大輪轉(zhuǎn)矩為1500Nm時(shí)超過(guò)設(shè)計(jì)重合度并產(chǎn)生較嚴(yán)重邊緣接觸；是重合度設(shè)計(jì)，在大輪轉(zhuǎn)矩為1500Nm時(shí)產(chǎn)生部分邊緣接觸是重合度為設(shè)計(jì)，在大輪轉(zhuǎn)矩為1500Nm時(shí)實(shí)際重合度約為下部的齒面載荷分布為彎曲應(yīng)力計(jì)算提供了先決條性。
有限元素法在當(dāng)今技術(shù)領(lǐng)域中已成為廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)分析工具，在齒輪應(yīng)力分析中也往往采用這一方法但是弧齒錐齒輪具有十分復(fù)雜的嚙合過(guò)程，其嚙合過(guò)程與加工參數(shù)及齒面生成有密切的關(guān)系，有限元模型和邊界條件也千變?nèi)f化此外，隨著齒輪的嚙合，輪齒應(yīng)力場(chǎng)也有相應(yīng)的變化，如果離散成為多個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析問(wèn)題進(jìn)行處理，將出現(xiàn)困難(設(shè)計(jì)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，成本過(guò)高飛為解決這一個(gè)問(wèn)題，作者提出了應(yīng)用有限元技術(shù)的應(yīng)力影響矩陣法。該方法將彈性力學(xué)中的應(yīng)力影響函數(shù)，離散為齒根應(yīng)力影響矩陣中的任意元素S。表示當(dāng)齒面i結(jié)點(diǎn)施加單位法向力時(shí)在齒根面j結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力，有限元法計(jì)算得到。
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