分段变形椭圆齿轮共轭对传动性能研究

发布时间：2018-10-25 17:28

【摘要】：分段变形椭圆齿轮有圆柱齿轮传动效率高、传动扭矩大和结构紧凑等优点,还可以实现变传动比运动和变速比运动,被应用于各类机械中,如机床、农机、泵类等,具有较广的应用前景。本文给出多段变形椭圆齿轮的节曲线极坐标表达式,并给出相共辄齿轮的节曲线表达式,并给出了二段和三段变形椭圆齿轮极坐标表达式。为后续的几何建模和分析计算打下基础,也为分段变形椭圆齿轮的设计和加工打下基础。分别建立齿条刀和插齿刀的数学模型,通过对Solidworks进行二次开发,用VBA语言编程控制齿刀的位置,并对分段变形椭圆齿轮齿坯进行切除,实现了加工,得到其三维模型。对齿轮副进行受力分析,先对整个齿轮副进行受力分析,再对单个齿轮进行受力分析,得到轮齿的受力,为齿轮的强度校核打下基础。结合圆柱齿轮的强度分析方法,对其进行修正,得到分段变形椭圆齿轮的弯曲应力和接触应力公式,此方法快捷,但准确度不高。还用有限元软件分析齿轮的强度,结果表明在α=90°处,单齿最大的弯曲应力为5.72e7Pa,在α = 15°处,最大接触应力为4.8e6Pa。单齿啮合与多齿啮合的计算方法方法得到的结果偏大,但在设计校核齿轮的承载能力时,此研究提供了较快、较节省计算资源的方法。分析了分段变形椭圆齿轮的运动学性质,主要研究结构参数对角速度、角加速度的影响。结果表明偏心率越大,从动齿轮的角速度和角加速度变化幅度都增大;变形系数为1时,齿轮传动较平稳,变形系数偏离1越大,角速度、角加速度变化幅度越大;当齿轮分段数超过3段且各段变形系数不相同时,从动轮加速度会有突变。此分析为设计出合适的齿轮系统提供依据。用Solidworks软件、UG(Unigraphics)软件和ADAMS软件建立单个分段变形椭圆齿轮和齿轮副几何模型,并在ANSYS Workbench软件中建立相应的有限元模型。分析了单个齿轮的固有特性,包括前六阶固有频率和振型,并分析处于不同啮合位置的齿轮副固有频率,得到固有频率的变化范围,提供了一种齿轮副模态分析的方法。通过研究可以较准确的分析的齿轮固有振动特性,可为结构优化和噪声控制打下基础。
[Abstract]:Segmented deformed elliptical gears have the advantages of high transmission efficiency, large torque and compact structure, and can also realize variable transmission ratio motion and variable speed ratio movement. They are used in various kinds of machinery, such as machine tools, agricultural machinery, pumps, etc. It has a broad application prospect. In this paper, the polar coordinate expression of segment curve of multi-segment deformed elliptic gear is given, the joint curve expression of common gear is given, and the polar coordinate expression of two-stage and three-segment deformed elliptic gear is given. It lays a foundation for the subsequent geometric modeling and analysis and calculation as well as for the design and machining of segmented deformed elliptical gears. The mathematical models of rack cutter and gear shaper cutter are established respectively. Through the secondary development of Solidworks, the position of tooth cutter is controlled by VBA language, and the elliptical gear billet with segmental deformation is cut off, and the three dimensional model is obtained. The force of the gear pair is analyzed, the force of the whole gear pair is analyzed first, then the force of the single gear is analyzed, and the force of the gear tooth is obtained, which lays the foundation for the strength check of the gear. Combined with the strength analysis method of cylindrical gear, the formula of bending stress and contact stress of elliptical gear with segmental deformation is obtained by modifying it. This method is quick, but the accuracy is not high. The results show that the maximum bending stress is 5.72e7Paat 伪 = 90 掳, and the maximum contact stress is 4.8e6Paat 伪 = 15 掳. The results of single-tooth meshing and multi-tooth meshing are on the large side, but in designing and checking the bearing capacity of gears, this research provides a faster and less computational method. The kinematic properties of segmented deformed elliptical gears are analyzed, and the influence of structural parameters on angular velocity and angular acceleration is studied. The results show that the greater the eccentricity, the greater the angular velocity and angular acceleration of the driven gear, the more stable the gear transmission is when the deformation coefficient is 1, the bigger the deformation coefficient deviates from 1, the greater the angular velocity and the angular acceleration change. When the gear segment number is more than 3 segments and the deformation coefficient of each segment is different, the acceleration of the drive wheel will have a sudden change. This analysis provides the basis for the design of suitable gear system. The geometric model of single segment deformed elliptical gear and gear pair is established by using Solidworks software, UG (Unigraphics) and ADAMS software and the corresponding finite element model is established in ANSYS Workbench software. The inherent characteristics of a single gear, including the first six natural frequencies and modes, are analyzed, and the natural frequencies of gear pairs in different meshing positions are analyzed. The range of natural frequencies is obtained, and a method for modal analysis of gear pairs is provided. By studying the inherent vibration characteristics of gears which can be accurately analyzed, it can lay a foundation for structural optimization and noise control.
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH132.41

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本文编号：2294327