Research on meshing performance of high-order segmented topology modification in face gear pair

He Qinyi; Guo Hui; Ruan Yuhang; Zhou Zhenyu; Liu Li; Hou Zhihui; Mei Xiangqian

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Research on meshing performance of high-order segmented topology modification in face gear pair

更新时间：2025-03-21

- Research on meshing performance of high-order segmented topology modification in face gear pair
- Journal of Mechanical Strength Pages: 1-9(2025)
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学陕西省齿轮传动重点实验室，西安 710072
  2.中国航发湖南动力机械研究所传动中心，株洲 412002
- 作者简介：
  
  GUO Hui, E-mail: guohui502@nwpu.edu.cn
- 基金信息：
  
  Program of Helicopter Transmission System Capability Enhancement(TC230Y04S-1);Program of Shannxi Key Research and Development(2023GXLH-087);Project from Ministry of Industry and Information Technology(2023ZY01050)
- DOI：
  CLC： TH114
- Received：26 September 2024，
  
  Revised：31 October 2024，
  
  Published Online：21 March 2025，
- 稿件说明：
移动端阅览
何沁怡，郭辉，阮宇航等.高阶分段拓扑修形面齿轮副啮合性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.

He Qinyi，Guo Hui，Ruan Yuhang，et al.Research on meshing performance of high-order segmented topology modification in face gear pair［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001.
何沁怡，郭辉，阮宇航等.高阶分段拓扑修形面齿轮副啮合性能研究［J］.机械强度，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

He Qinyi，Guo Hui，Ruan Yuhang，et al.Research on meshing performance of high-order segmented topology modification in face gear pair［J］.Journal of Mechanical Strength，DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.XXXX.XX.001. DOI：

摘要

目的

为提高面齿轮传动的承载性能并降低对安装错位的敏感性，提出了一种基于预设接触路径的高阶分段拓扑修形方法。

方法

首先，分别设计了沿小齿轮预设接触路径与瞬时接触线方向上的2阶、4阶分段修形函数，根据曲面叠加方法建立了修形后齿面方程。然后，推导出考虑了安装误差的齿面接触分析方程，研究了在不同安装误差条件下预设接触路径角度、修形长度、修形曲线阶次及最大修形量等参数对面齿轮副接触特性的影响规律。最后，采用有限元法对比分析了不同修形函数和修形量条件下面齿轮副的承载接触特性。

结果

计算结果表明，相较于2阶修形，采用4阶修形方法的齿面接触应力以及承载传动误差幅值均有所降低，且接触印痕从面齿轮内径齿根向外径齿顶延伸。高阶分段修形方法能够降低面齿轮副对安装误差的敏感度，优化齿面载荷分布并提升啮合性能。

Abstract

Objective

In order to enhance the load-bearing performance of face gear transmission and reduce its sensitivity to installation misalignment

a high-order segmented topological modification based on a predefined contact path was proposed.

Methods

Firstly

2nd-order and 4th-order segmented modification functions were designed along the predefined contact path of the pinion and the instantaneous contact line direction

respectively. Based on the surface superposition method

the equation of the modified tooth surface was established. Subsequently

Tooth contact analysis equation was derived

incorporating installation errors. The influence of parameters such as predefined contact path angle

modification length

modification curve order

and maximum modification amount on the contact characteristics of face gear pair under different installation error conditions was investigated. Finally

a comparative analysis of the load-bearing contact characteristics of the face gear pair under different modification functions and modification amounts was conducted using the finite element method.

Results

The calculation results show that compared to 2nd-order modification

4th-order modification mothod could reduce contact stresses of tooth surface and error amplitude of load-bearing transmission

and the contact trace extended from the root of the inner diameter tooth of the face gear to the tip of the outer diameter tooth. The high-order segmented modification method can reduce the sensitivity of face gear pair to installation errors

optimize load distribution of tooth surface

and enhance meshing performance.

关键词

Keywords

references

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