基于多项式代理模型的齿面摩擦系数计算方法研究

发布时间：2017-03-16 03:01

  本文关键词：基于多项式代理模型的齿面摩擦系数计算方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿面摩擦对齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均有重要影响,齿面摩擦系数则是齿轮摩擦学设计的重要内容。摩擦系数与载荷、润滑、转速、齿面粗糙度等多种因素有关,计算困难且很难直接测量。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象,基于多项式代理模型,通过多岛遗传优化算法反求齿面摩擦系数。为验证该计算方法的合理性,将反求结果与其他研究者的计算结果进行对比。主要研究内容包括:(1)齿轮几何模型与有限元模型。基于齿轮啮合原理与展成加工方法编程计算齿廓曲线,提取齿廓曲线关键点坐标,利用MATLAB与ANSYS/APDL联合仿真实现齿轮的参数化建模。选择合适的单元类型,设置实常数和材料参数,进行网格划分。根据实际工况施加边界约束及载荷,建立齿轮有限元模型。(2)齿根弯曲应力的有限元计算与动态测试。对有限元模型施加线均布载荷,得到不同加载点沿齿宽方向齿根危险截面处的应力分布。通过电封闭齿轮试验台,分别测量从动齿轮的齿根弯曲应力及转速转矩,并将齿根弯曲应力的仿真结果与试验结果对比。比较表明,上双啮区和下双啮区中,齿根应力测试结果比有限元计算结果略大,均值偏差在10%以内;同时,试验测出的单啮区宽度比仿真计算结果略大。(3)基于多项式代理模型的齿面摩擦系数反求。利用Isight优化包以有限元法计算得到的齿根弯曲应力为参考数据,求出齿面摩擦系数代理模型。选用三次多项式代理模型并对其进行评估,初步验证代理模型的可行性。根据多项式代理模型和试验测得的应力值建立目标函数,基于多岛遗传优化算法反求单啮上界点的摩擦系数;同理得到整个啮合面上的摩擦系数值。将计算结果与其他学着的研究成功比较,二者的变化趋势具有较好的一致性。(4)不同工况下齿面摩擦系数的计算。比较同转矩不同转速和同转速不同转矩条件下的齿面摩擦系数的变化规律。不计温度和传动误差的影响,得到单啮上界点的摩擦系数;摩擦系数随着转速和转矩的增加均有不同程度的增大。
【关键词】：齿轮传动 齿根弯曲应力 多项式代理模型 多岛遗传算法 摩擦系数反求
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 代理模型与齿轮摩擦系数计算方法研究13-15
• 1.2.1 代理模型研究现状13-14
• 1.2.2 齿轮摩擦系数计算方法研究现状14-15
• 1.3 主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第2章 齿轮几何模型与有限元建模16-21
• 2.1 引言16
• 2.2 齿形计算与齿轮几何模型16-18
• 2.2.1 渐开线与过渡曲线方程17-18
• 2.2.2 齿轮几何模型18
• 2.3 齿轮有限元建模18-20
• 2.3.1 单元类型与材料参数19
• 2.3.2 网格划分及边界约束19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 齿根弯曲应力有限元仿真与测试21-33
• 3.1 引言21
• 3.2 齿根弯曲应力有限元仿真21-24
• 3.2.1 齿轮有限元模型加载21-23
• 3.2.2 有限元仿真结果分析23-24
• 3.3 齿根弯曲应力测试24-29
• 3.3.1 齿根应力测试原理24-26
• 3.3.2 输入 /输出轴转速与转矩测试26-28
• 3.3.3 齿根应变测试28-29
• 3.4 仿真与测试结果对比分析29-31
• 3.4.1 试验测试结果29-30
• 3.4.2 仿真与测试结果对比30-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第4章 基于多项式代理模型的齿面摩擦系数反求33-44
• 4.1 引言33
• 4.2 齿轮代理模型的构建33-37
• 4.2.1 试验设计方法33-34
• 4.2.2 代理模型构造方法34-36
• 4.2.3 多项式代理模型评估36-37
• 4.3 齿面摩擦系数反求37-43
• 4.3.1 多岛遗传优化算法37-39
• 4.3.2 单啮上界点摩擦系数反求39-40
• 4.3.3 齿面摩擦系数反求结果及分析40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 不同工况下单啮上界点摩擦系数反求44-51
• 5.1 引言44
• 5.2 不同工况下单啮上界点摩擦系数计算44-50
• 5.2.1 相同转矩不同转速下的摩擦系数44-47
• 5.2.2 相同转速不同转矩下的摩擦系数47-50
• 5.3 本章小结50-51
• 总结与展望51-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 附录A（攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况）58

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