DESIGN OF A SPUR GEAR BASED ON THE RELATIVE CURVATURE CONTROL AND ANALYSIS OF ITS STRESS AND MESH STIFFNESS

CHEN Zhiwei; LIU Lei; KONG Rong

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.013

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DESIGN OF A SPUR GEAR BASED ON THE RELATIVE CURVATURE CONTROL AND ANALYSIS OF ITS STRESS AND MESH STIFFNESS

·Optimization·Reliability· | 更新时间：2025-04-25

- DESIGN OF A SPUR GEAR BASED ON THE RELATIVE CURVATURE CONTROL AND ANALYSIS OF ITS STRESS AND MESH STIFFNESS
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 4, Pages: 105-111(2025)
- 作者机构：
  
  南京航空航天大学机电学院，南京 210016
- 作者简介：
  
  LIU Lei, E-mail: liulei6278@nuaa.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52075238);Foundation of National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics(HTL-A-21G04)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.013
  CLC： TH122
- Received：30 May 2023，
  
  Revised：27 June 2023，
  
  Published：15 April 2025
- 稿件说明：
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陈峙玮，刘雷，孔荣. 基于相对曲率控制的直齿轮设计及其应力、啮合刚度分析［J］. 机械强度，2025，47（4）：105-111.

CHEN Zhiwei，LIU Lei，KONG Rong. Design of a spur gear based on the relative curvature control and analysis of its stress and mesh stiffness［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：105-111.
陈峙玮，刘雷，孔荣. 基于相对曲率控制的直齿轮设计及其应力、啮合刚度分析［J］. 机械强度，2025，47（4）：105-111. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.013.

CHEN Zhiwei，LIU Lei，KONG Rong. Design of a spur gear based on the relative curvature control and analysis of its stress and mesh stiffness［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：105-111. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.013.

摘要

直齿轮啮合点的相对曲率是齿廓的关键几何参数之一，对齿轮应力分布和啮合刚度有着显著影响。从等相对曲率（Constant Relative Curvature

CRC）齿轮的相关研究出发，基于考虑齿轮时变啮合特性的相对曲率控制策略，构建了3种非渐开线直齿轮齿廓，并对其进行啮合仿真，分析了相对曲率控制对齿轮最大接触应力、最大弯曲应力及啮合刚度的影响，验证了控制策略的有效性，为基于相对曲率控制的直齿轮设计提供了一定的参考。

Abstract

The relative curvature of the spur gear mesh point is one of the key geometric parameters of the tooth profile

which has a significant impact on the stress distribution and mesh stiffness of the gear. Starting from the relevant research on constant relative curvature (CRC) gears

three types of non-involute spur gear tooth profiles were constructed based on the relative curvature control strategy considering the time-varying mesh characteristics of gears

and the mesh simulation of gear pairs was implemented. The influence of relative curvature control on the maximum contact stress

maximum bending stress

and mesh stiffness of gears was analyzed. The effectiveness of the control strategy was verified. This work provides some reference for the design of spur gears based on the relative curvature control.

关键词

Keywords

references

LUO S M ， WU Y ， WANG J . The generation principle and mathe-matical models of a novel cosine gear drive ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2008 ， 43 （ 12 ）： 1543 - 1556 .

YANG S C . Mathematical model of a stepped triple circular-arc gear ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2009 ， 44 （ 5 ）： 1019 - 1031 .

WU Y C ， CHEN K Y ， TSAY C B ， et al . Contact characteristics of circular-arc curvilinear tooth gear drives ［J］. Journal of Mechanical Design ， 2009 ， 131 （ 8 ）： 081003 .

HLEBANJA G . S-gears for wind power turbine operating conditions ［J］. Machine Design ， 2012 ， 4 （ 3 ）： 123 - 130 .

WANG J ， LIANG H ， LUO S M ， et al . Active design of tooth profiles using parabolic curve as the line of action ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2013 ， 67 ： 47 - 63 .

夏伯乾，刘佳佳 . 非Hertz接触齿轮设计理论与方法［J］. 机械强度， 2020 ， 42 （ 5 ）： 1137 - 1145 .

XIA Boqian ， LIU Jiajia . Gear design theory and method of non-Hertz contact ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2020 ， 42 （ 5 ）： 1137 - 1145 . （In Chinese）

刘永平，员贝贝，魏永峭，等 . 基于包络特征的非圆齿轮数字化设计与齿形优化研究［J］. 机械传动， 2022 ， 46 （ 8 ）： 55 - 60 .

LIU Yongping ， YUAN Beibei ， WEI Yongqiao ， et al . Research on digi-tal design and tooth shape optimization of non-circular gears based on envelope features ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2022 ， 46 （ 8 ）： 55 - 60 . （In Chinese）

LIU L ， MENG F ， NI J L . A novel non-involute gear designed based on control of relative curvature ［J］. Mechanism and Machine Theory ， 2019 ， 140 ： 144 - 158 .

张金龙，王少兵，李威，等 . 考虑热变形的齿轮修形研究［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 3 ）： 22 - 32 .

ZHANG Jinlong ， WANG Shaobing ， LI Wei ， et al . Research on gear modification considering thermal deformation ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 22 - 32 . （In Chinese）

夏伯乾，张英豪，张泽斌 . 基于弹流摩擦副刚度的直齿轮修形研究［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 1 ）： 17 - 26 .

XIA Boqian ， ZHANG Yinghao ， ZHANG Zebin . Research on spur gear porfile modification based on stiffness of the elastohydrodynamic lubrication friction pair ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 17 - 26 . （In Chinese）

田晓青，李正兴，韩江，等 . 基于齿轮时变啮合过程的修形齿面设计方法研究［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 2 ）： 70 - 78 .

TIAN Xiaoqing ， LI Zhengxing ， HAN Jiang ， et al . Research on the design method of the modified gear tooth surface based on the gear time-varying meshing process ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 70 - 78 . （In Chinese）

吴序堂 . 齿轮啮合原理［M］. 2版 . 西安：西安交通大学出版社， 2009 ： 3 .

WU Xutang . Theory of gearing ［M］. 2nd ed . Xi’an ： Xi’an Jiaotong University Press ， 2009 ： 3 . （In Chinese）

刘雷，倪佳乐，江吴宏 . 考虑时变效应的等相对曲率齿轮动力学分析［J］. 机械传动， 2022 ， 46 （ 11 ）： 10 - 15 .

LIU Lei ， NI Jiale ， JIANG Wuhong . Dynamics analysis of gears with constant relative curvature considering time-varying effect ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 10 - 15 . （In Chinese）

倪佳乐，刘雷 . 等相对曲率齿轮磨损性能研究［J］. 润滑与密封， 2021 ， 46 （ 10 ）： 18 - 24 .

NI Jiale ， LIU Lei . Research on wear performance of spur gears with constant relative curvature ［J］. Lubrication Engineering ， 2021 ， 46 （ 10 ）： 18 - 24 . （In Chinese）

LIU L ， NI J L . An efficient dynamics model of spur gear drive with curved path of contact in mixed elastohydrodynamic lubrication ［J］. Mechanics & Industry ， 2022 ， 23 ： 10 .

LIU L ， CHEN Z W ， KONG R . Design and evaluation of spur gear pairs with improved bearing capacity and lubrication performance ［J］. Journal of Mechanical Science and Technology ， 2023 ， 37 （ 3 ）： 1349 - 1364 .

LIANG X H ， ZHANG H S ， ZUO M J ， et al . Three new models for evaluation of standard involute spur gear mesh stiffness ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2018 ， 101 ： 424 - 434 .

XIE C Y ， HUA L ， LAN J ， et al . Improved analytical models for mesh stiffness and load sharing ratio of spur gears considering structure coupling effect ［J］. Mechanical Systems and Signal Processing ， 2018 ， 111 ： 331 - 347 .

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