Development of a method to determine the main gear data of involute gears with a small shaft angle and offset

小轴角和偏距渐开线齿轮主齿轮数据确定方法的开发

基本信息

项目摘要

Motivated by innovative fields of application and an increased demand for beveloid gears, a consistent analytical method to design this special gearing is to be developed. In addition to the determination of suitable main gear data, its key benefit is the direct analytical optimization to obtain a conjugated meshing without iterative numerical simulations.Despite great advantages, many applications suitable for beveloid gears are implemented by other concepts with additional design elements. One of the reasons is certainly the lack of know-how or the high effort involved in the necessary use of iterative or simulative tools in the design process. Thus, a consistent analytical method is still lacking that determines suitable main gear data and optimizes the microgeometry in consideration of a predefined mounting position. This research project aims to close this gap by developing a method to design beveloid gears with a small shaft angle and offset economically and in accordance with the requirements. In addition, the generalization of the mathematical approach allows transferability to other types of gearing.The starting point of the proposed research project is an equivalent cylindrical gear, which is pre-dimensioned with respect to the requirements. For these data and the required mounting position, an analytical method is developed to determine the main gear data for beveloid gears with backlash-free meshing and centered point of contact. Based on this, a conjugated meshing or a predetermined contact pattern position and size can be realized by locally adapting the main gear data. Finally, this calculation method is validated theoretically by an extensive parameter study and experimentally by exemplary beveloid gears designed according to this method. In addition, a study shows that the method can also be applied to other types of gearing.The development of this calculation method for beveloid gears and the possible transferability of the mathematical approach to other types of gears are marked by a significant basic research character, from which important findings for the interpretation of involute gears can be gained.
由于创新的应用领域和对锥面齿轮的需求增加,一种一致的分析方法来设计这种特殊的齿轮是要开发的。除了确定合适的主齿轮数据外,其主要优点是直接分析优化,无需迭代数值模拟即可获得共轭啮合。尽管有很大的优势,许多适用于锥面齿轮的应用是由其他具有附加设计元素的概念实现的。其中一个原因当然是缺乏专业知识或在设计过程中使用迭代或模拟工具所涉及的高度努力。因此,仍然缺乏一种一致的分析方法来确定合适的主齿轮数据,并在考虑预先确定的安装位置时优化微几何形状。本研究项目旨在通过开发一种经济且符合要求的具有小轴角和偏置的锥面齿轮的设计方法来缩小这一差距。此外,数学方法的泛化允许转移到其他类型的齿轮。提出的研究项目的起点是一个等效圆柱齿轮,它是相对于要求的预尺寸。根据这些数据和所需的安装位置,提出了一种确定无间隙啮合和中心接触点的斜面齿轮主齿轮数据的解析方法。在此基础上,通过局部自适应主齿轮数据,可以实现共轭啮合或预定啮合位置和尺寸。最后,通过大量的参数研究和按该方法设计的典型锥面齿轮的实验验证了该计算方法的理论有效性。此外,研究表明,该方法也可以应用于其他类型的齿轮传动。斜面齿轮的这种计算方法的发展,以及这种数学方法对其他类型齿轮的可能的可转移性,标志着一个重要的基础研究特征,从中可以获得解释渐开线齿轮的重要发现。

项目成果

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Analytical design method for beveloid gears with a small shaft angle and offset
小轴角小偏置锥齿轮解析设计方法
  • DOI:
    10.1007/s10010-019-00369-y
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Marino;Bachmann
  • 通讯作者:
    Bachmann
Theoretical Validation of an Analytical Design Method for Beveloid Gears With Non-Parallel Non-Intersecting Axes
非平行非相交轴锥齿轮解析设计方法的理论验证
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