内啮合曲线对构齿轮传动基础理论研究

发布时间：2020-03-30 22:30

【摘要】：齿轮传动是最重要的机械传动形式之一,在工业生产中占据着重要的地位。伴随我国汽车、航空航天、高铁等先进装备制造业的不断兴起,对具备高效率、高精度、承载能力强、传动功率大、可靠性高、低噪声、轻量化等特征的高性能齿轮需求不断增大。然而,国内现有齿轮低端产品占行业总产值比重大,高端产品如汽车变速器、高铁驱动单元、大型能源装备齿轮传动装置等供给不足,仍需要进口,且产品在传动精度、传动效率、寿命与可靠性等性能方面与国外先进水平相比差距较大。因此,开展高性能齿轮传动产品的研发,对于满足重大装备高性能使用需求,具有十分重要的理论意义和工程实用价值。齿轮是依靠齿面的相互啮合进行动力与运动的传递,其几何性质、润滑状态、轮齿表面质量等均是影响齿轮传动性能的重要因素。点、线与面均是自然界中常见的几何元素,研究团队从齿轮几何学角度出发,利用空间曲线接触形式及载体的多样性,以曲线为啮合几何元素构建齿轮副,并对曲线啮合特性进行研究分析,提出了全新的共轭曲线啮合理论,以求从根本上解决制约当前齿轮传动性能提升的关键问题。目前,相关理论已在平行轴、相交轴及交错轴齿轮传动中得到较为广泛的应用,已逐步形成集理论设计、特性分析和齿面制造相结合的技术基础。相较于外啮合齿轮传动,内啮合齿轮传动具有结构紧凑、传动比范围更大、承载能力更强、动力学特性更优良等优点,是一种优良的传动形式。本文在前期研究基础上,主要开展内啮合曲线对构齿轮传动基础理论研究,完成其基本啮合原理、齿面成形理论与方法及传动特性分析,既是对曲线对构齿轮传动理论的补充完善,也能够为开发出更优良的内啮合齿轮传动形式奠定理论基础。本文的主要内容有:(1)在外啮合共轭曲线啮合基本理论的基础上,开展内啮合曲线对构齿轮的基本啮合原理的数学描述:建立曲线内啮合基本坐标系,并完成各坐标之间的矩阵变换关系推导;确定曲线接触点相对运动条件,完成沿给定的接触方向曲线公法矢量及相对运动速度的数学表达式推导,建立啮合函数关系;完成曲线的内啮合共轭曲线方程及啮合方程推导,并运用实例进行验证。(2)开展内啮合曲线对构齿轮的齿面成型基础理论及一般方法的论述:分别介绍等距包络法、齿廓螺旋运动法和轮齿基本齿条法三种齿面成型方法的基础理论,并且分别运用这三种方法建立内啮合曲线对构齿轮的齿面,完成相应的数学模型。(3)进行内啮合曲线对构齿轮传动的轮齿齿形设计研究:对内啮合曲线对构齿轮的几何参数与齿形参数选取原则进行讨论,并且设计了单点接触与双点接触的内啮合曲线对构齿轮传动的齿形方案,给出了相应的齿廓方程,完成了齿轮三维模型的构建。(4)开展内啮合曲线对构齿轮传动的轮齿进行有限元强度分析:分别以单点接触与双点接触内啮合曲线对构齿轮为对象,建立基本啮合齿轮接触对,简化基础接触形式,划分接触网格,处理载荷及边界约束条件,完成了相应的接触应力计算与分析;进一步,通过有限元结果对比,双点接触内啮合曲线对构齿轮相比单点接触形式具有优良的接触性能,具有较好的应用前景。
【图文】：

共轭曲面,共轭曲线,运动过程

图 2.1 共轭曲面Fig 2.1 Conjugate surfaces义下，，在此运动过程中沿指定接触方成一对共轭曲线[63]。更详细地，对.2 所示，当它们满足以下条件时：

共轭曲线,共轭

10图 2.2 共轭曲线Fig 2.2 Conjugate curves，Γ2均为规则的光滑曲线；刻 t，曲线 Γ1，Γ2在点 Pt处相切接触；上的任意一点都在唯一的时刻 t 进入接触，其接触运动规律下，曲线 Γ1，Γ2在一定范围内互为共轭1与曲线 Γ2是一对具有共轭运动关系的曲线。两条
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41

【参考文献】