高重合度行星齿轮传动系统强度及动力学研究
本文选题：高重合度 + 行星齿轮 ； 参考：《南京航空航天大学》2015年博士论文
【摘要】：相对于低重合度(LCR)直齿圆柱齿轮,高重合度(HCR)直齿圆柱齿轮传动同时啮合的轮齿对数较多,单对轮齿承受的载荷降低,齿轮啮合刚度变化幅度减小,因此HCR齿轮传动系统具有承载能力大,传动平稳等优点。现行的强度计算标准未涵盖HCR直齿圆柱齿轮的计算,鲜见关于其强度和动力学特性的研究文献。本文以HCR直齿行星齿轮传动系统为研究对象,开展了HCR齿轮设计区间、强度和动力学特性的研究,为HCR行星齿轮传动系统的设计提供理论和技术支持。(1)将行星齿轮传动系统分为内、外啮合齿轮副,研究了HCR内、外啮合齿轮副的设计区间、刚度和齿间载荷分配。分析了齿顶高系数、压力角、变位系数等参数对重合度变化的影响规律,确定了内、外啮合齿轮副的HCR设计区间。采用能量法,计算了考虑轮体变形的内、外啮合齿轮的刚度,获得了齿顶高系数、压力角、模数等参数对内、外啮合齿轮副刚度的影响规律。将单对轮齿的平均刚度作为单对轮齿刚度,给出了考虑轮体变形的HCR和LCR内、外啮合单对轮齿刚度的计算公式,采用有限元模型对外啮合齿轮副综合啮合刚度进行了验证。同时,给出了HCR行星齿轮传动系统内、外啮合齿轮副的载荷分配率的计算方法,揭示了参数对HCR齿轮齿间载荷分配率的影响规律,与LCR齿轮齿间载荷分配率的对比结果表明,HCR齿轮可以有效降低单个轮齿承担的载荷。采用CL-100齿轮试验机对HCR外啮合齿轮的载荷分配率进行了试验验证。(2)研究了行星齿轮传动系统内、外啮合齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的计算方法。推导了HCR内、外啮合齿轮的齿根弯曲应力计算公式,同时给出了双齿啮合区各个界点齿形系数的计算公式。分析了齿顶高系数、压力角等主要参数对齿轮副的齿根弯曲应力和最大应力加载位置的影响规律。推导了HCR行星齿轮传动系统内、外啮合齿轮副双齿啮合区各个界点处齿面接触应力计算公式,引入了曲率修正系数和节点区域系数将计算公式转化为国标计算公式的形式。分析了主要参数对HCR和LCR齿轮副的齿面接触应力和最大接触应力加载点的影响规律。采用CL-100齿轮试验机对不同参数的外啮合齿轮副的齿根弯曲应力进行了试验测量,结果表明,本文给出的齿根弯曲应力的计算公式,具有较高的计算精度,满足工程应用的需求。(3)研究了HCR外啮合齿轮副的动力学特性。使用有限元法计算了HCR外啮合齿轮副的时变啮合刚度,采用集中质量法建立了考虑齿侧间隙、轴承支承间隙和时变啮合刚度等非线性因素的外啮合齿轮副的动力学模型和方程。并对方程进行了化简和无量纲化处理,采用4阶Runge-Kutta对方程进行了求解。分析了支承间隙对齿轮支承振动位移的影响,研究了阻尼、齿侧间隙等参数对HCR和LCR齿轮系统的均载特性影响。研究了HCR和LCR齿轮外啮合齿轮副传动的啮合线振动分岔特性和周期稳定性的差异。(4)研究了HCR行星齿轮传动系统的动力学特性。针对HCR行星齿轮传动系统,计算了HCR行星齿轮传动系统内、外啮合齿轮副的时变啮合刚度。建立了含齿侧间隙、时变啮合刚度和内齿圈扭转振动的行星齿轮传动系统动力学模型。采用能量法给出了该模型的系统能量变化方程,引入相对坐标系消去了刚性位移,并对方程进行了无量纲化处理。分析了不同参数条件下HCR行星齿轮传动系统的动态响应,研究了影响重合度的齿轮参数、工况参数对其动态响应的影响规律。对HCR行星齿轮传动系统的均载特性展开了研究,并使用自行研制的行星齿轮传动试验台对其进行了试验验证。分析了影响重合度的主要参数对行星齿轮传动系统均载特性的影响规律。研究了转速、功率、齿侧间隙、刚度和阻尼等参数对HCR行星齿轮传动系统分岔特性的影响规律,为HCR行星齿轮传动系统工况和齿轮参数的选择提供理论依据。
[Abstract]:In this paper , the influence of the parameters such as the high coefficient , the pressure angle and the displacement coefficient on the stiffness of the meshing gear is studied . In this paper , the calculation formula of the tooth root bending stress and the maximum stress loading position of the gear pair are studied by using the finite element method . The dynamic characteristics of the meshing line vibration bifurcation and the maximum stress loading position of the gear pair are calculated by using the finite element method .
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
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，本文编号：1760602
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