螺旋锥齿轮有限元接触分析与试验研究

发布时间：2017-10-28 15:32

  本文关键词：螺旋锥齿轮有限元接触分析与试验研究

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【摘要】：螺旋锥齿轮具有重合度大、承载能力高、传动平稳、噪音小等优点,被广泛应用于船舶、航空、汽车、工程机械等诸多领域。螺旋锥齿轮副中大小相等、方向相反的螺旋角使其齿面形状、啮合特点及加工过程均比较复杂。螺旋锥齿轮的啮合传动精度、效率、齿面接触应力、齿根弯曲应力、接触区等直接影响其工作寿命、承载能力、振动、噪音及整个机械装备的工作性能。本文基于虚拟加工原理,在三维建模软件中创建出螺旋锥齿轮几何模型;利用有限元法分析螺旋锥齿轮在多种工况下的静态与动态接触特性,得到了螺旋锥齿轮传动过程中主要啮合性能参数的变化规律;根据螺旋锥齿轮变速箱的结构特点,设计一台封闭功率流式试验台测试系统,并在试验台上完成了变速箱内螺旋锥齿轮主要性能参数的试验测量工作。研究内容可概述如下:(1)基于虚拟加工技术的螺旋锥齿轮建模。螺旋锥齿轮齿面的复杂性给通过用解析法创建其几何模型带来了困难。利用虚拟加工技术创建几何模型的方法可避免推算复杂的几何方程,给螺旋锥齿轮的建模提供一种良好的方法。在三维建模软件中,基于虚拟加工技术模拟展成法加工螺旋锥齿轮的过程,创建出螺旋锥齿轮的三维几何模型。(2)螺旋锥齿轮静态与动态加载接触分析。基于螺旋锥齿轮三维几何模型,在有限元分析软件中,对螺旋锥齿轮在不同加载工况下的啮合性能分别进行静态与动态加载接触分析。在静态加载分析下,得到螺旋锥齿轮在不同转矩工况下的转角、传动误差、接触力、重合度、齿面接触应力、齿根弯曲应力等的变化规律。在动态加载分析下,得到螺旋锥齿轮在不同转速和转矩工况下的转速、传动误差、接触力、接触面积、齿面接触应力、齿根弯曲应力等的变化规律。(3)封闭功率流式螺旋锥齿轮试验台的设计及主要啮合性能参数测量。根据螺旋锥齿轮变速箱的结构特点、承载能力和试验要求,设计一台封闭功率流式螺旋锥齿轮试验台。该试验台可通过变频系统实现多工况下的螺旋锥齿轮加载工作。基于封闭功率流螺旋锥齿轮试验台,完成了螺旋锥齿轮啮合性能的测量工作。测量获得特定工况下的主从动螺旋锥齿轮转速、转矩、功率、传动误差、机械效率的变化规律,并用涂色法测量齿面接触区分布。试验测量的机械效率值与理论计算值基本一致。
【关键词】：螺旋锥齿轮 虚拟加工建模 加载接触分析 啮合冲击 封闭功率流 齿面接触区
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-19
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 螺旋锥齿轮接触分析及试验研究现状15-17
• 1.3 课题来源及主要研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 基于虚拟加工技术的螺旋锥齿轮建模19-28
• 2.1 螺旋锥齿轮数控机床调整参数19-22
• 2.2 螺旋锥齿轮虚拟加工方法22-23
• 2.3 螺旋锥齿轮几何建模23-27
• 2.3.1 齿坯切割23-25
• 2.3.2 基于NURBS法的齿面重构25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 螺旋锥齿轮静态加载接触分析28-48
• 3.1 螺旋锥齿轮的有限元加载接触分析原理28-31
• 3.2 静态加载接触分析有限元建模31-37
• 3.3 静态计算结果与分析37-47
• 3.3.1 静态传动误差37-38
• 3.3.2 静态接触力及重合度38-41
• 3.3.3 静态接触面积41-43
• 3.3.4 静态接触应力与弯曲应力43-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 螺旋锥齿轮动态加载接触分析48-62
• 4.1 螺旋锥齿轮动态加载接触方程48-49
• 4.2 动态加载接触分析有限元建模49-50
• 4.3 动态计算结果与分析50-61
• 4.3.1 动态转速及传动误差50-52
• 4.3.2 动态接触力52-54
• 4.3.3 动态接触面积54-56
• 4.3.4 动态接触应力与弯曲应力56-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 螺旋锥齿轮试验台设计及啮合性能参数测试62-73
• 5.1 螺旋锥齿轮试验台设计62-64
• 5.2 试验台测试系统功能与组成64-68
• 5.3 试验台转速转矩传感器工作原理68-70
• 5.4 螺旋锥齿轮啮合性能试验测量70-72
• 5.4.1 螺旋锥齿轮加载工况测量70
• 5.4.2 螺旋锥齿轮主要性能参数测量70-72
• 5.4.3 螺旋锥齿轮接触区检测72
• 5.5 本章小结72-73
• 总结与展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 附录A (攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况)80

【参考文献】

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本文编号：1108884