弧齿锥齿轮本体温度场的有限元分析

发布时间：2020-03-31 07:27

【摘要】： 弧齿锥齿轮由于摩擦生成热引起齿面温度过高,从而导致齿轮发生胶合破坏。而轮齿上存在的不均匀的温度场不仅引起齿轮的热弹性变形,产生附加的热应力,而且还会造成齿轮传动间隙的消除,极大地影响弧齿锥齿轮的传动性能、润滑性能和可靠性。随着弧齿锥齿轮在高速、重载、轻质等方面发展及应用,对弧齿锥齿轮温度场的研究已成为广大学者深入研究的课题。目前对弧齿锥齿轮的本体温度分析大多研究其稳态本体温度场,而对非稳态本体温度场的研究很少。本文运用理论分析和数值仿真,将弧齿锥齿轮稳态和非稳态本体温度场问题转化为去求解一个线性代数方程组。采用有限元方法,探讨了弧齿锥齿轮稳态和非稳态本体温度场分布。分析了齿轮几何参数、载荷、转速和润滑冷却条件等对齿轮本体温度的影响,为研究弧齿锥齿轮的齿面闪温、热应力、热变形的修形计算、抗胶合能力等提供理论依据。论文取得的主要工作成果如下:(1)采用变分原理推导了弧齿锥齿轮稳态和非稳态本体温度场的泛函,从而利用变分原理将弧齿锥齿轮稳态和非稳态本体温度场分析转化为求解一个线性代数方程组。(2)在稳态本体温度场分析中:齿轮的最高温度区域分布在齿轮啮合接触的中心部位,低温区出现在齿轮端面,齿体温度低于啮合齿面而高于齿端温度。(3)齿轮温度随转速、载荷和润滑油温度的增大而增加,但温度场的分布状况不变,齿轮最大本体温度随着齿宽、模数增加而升高,在高速重载的情况下温度变化更加明显,但不影响齿轮的温度场分布状况。(4)在非稳态本体温度场分析中:齿轮本体温度随时间变化而急剧上升,除了齿面最高温度随时间变化而增大外,最高温度区域范围扩大并进一步向齿顶移动。齿轮最高温度处温升随载荷、转速、齿宽的增大而增加,随模数的增大而减少。
【图文】：

轮齿,计算区域,工作齿面

轮转动一圈中，各个轮齿参与啮合的时间较之齿轮温度分布状态发生变化所需时间短得多，，因此可以认为每个轮齿的温度分布情况是相同的。考虑到齿轮轮毅部分温度变化不大，所以有限元模型是基于图2.1所示的轮齿部分及齿根圆以下2倍模数内的区域而建立的。弧齿锥齿轮齿轮本体温度场分布除应由方程(2.19)来确定外，还要符合下列边界条件(见图2.1)。在啮合工作齿面(n区)上:一k丝伽二aKT一TO)一q (2.21)在齿根、齿顶及非啮合工作齿面上(沤):，日T，~~、一k兰立=a式T一T。)加 (2.22)在齿轮端面(:区):_k丝=as(T一Tl伽 (2.23)在轮齿下部分截面(d区):丝=o伽 (2.24)在分齿截面(p、q区):

安装位置,摇台

在摇台与轮坯运动过程中，刀具在摇台上的切削运动轨迹必须与产形轮上的齿线型式相吻合。因此，刀盘在摇台上的位置及运动轨迹是唯一的。在普通铣床上加工弧齿锥齿轮，刀盘中心和夹具间的安装位置如图4.3所示。刀具安装位置为:V=R。·eos刀。(4.16)H=L二一R。。sin尽一互(4.17)式中:R。为刀盘的半径;声。为中点螺旋角;o点为转盘中心;L，为节锥距;b为齿宽。4.2弧齿锥齿轮参数化模型的建立参数化是指用几何约束、数学方程与关系来表征模型的形状特征。特征是指面向应用的、携带一定工程信息并确定几何拓扑关系的一组几何元素所构成的参数化形状模型，它是参数化建模的关键要素[42]。参数化建模的基本原理如图4.2所示。
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH132.41

【参考文献】