计入修形的齿轮动态啮合效率计算方法研究

发布时间：2020-04-19 18:13

【摘要】：齿轮作为机械结构中应用最为广泛的传动部件,其传动效率的高低也将决定整个机械系统能源利用效率的优劣。随着现代社会对节能减排要求的不断提高,设计高效率齿轮传动系统具有着重要的意义。本文以齿轮系统啮合效率计算方法为研究目标,考虑齿轮修形因素的影响,建立了齿轮啮合效率计算模型,并进行了优化分析。本文主要工作如下:首先,基于有限元方法建立了齿轮载荷分布模型,获得时变啮合刚度、齿面载荷分布与齿间载荷分布规律;采用基于弹流润滑理论的时变摩擦系数模型,建立齿轮啮合功率损失的计算方法;同时,考虑齿轮风阻功率损失、搅油功率损失与轴承摩擦功率损失,建立齿轮系统的传动效率计算方法。然后,考虑齿廓修形、齿向修形与齿距误差,建立计入修形的齿轮啮合效率计算方法,且分析了误差与修形因素对齿轮啮合效率的影响规律。结果表明,齿距误差与齿廓修形会改变齿轮齿间载荷分布特性,但对齿轮啮合效率影响较小;齿向修形会降低齿轮啮合刚度,并且能够提升齿轮啮合效率。接着,进行了结构参数、工况参数、修形参数对齿轮啮合刚度、啮合效率的影响灵敏度分析,形成了从优化齿轮啮合刚度与啮合效率角度出发的齿轮设计参数的选择原则。通过算例分析,验证了优化方法的有效性。最后,开发齿轮系统的传动效率计算软件,能对直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、行星齿轮箱的功率损失进行计算,具有一定的通用性。
【图文】：

风扇发动机,齿轮驱动

图 1.1 齿轮驱动风扇发动机图 1.2 高精汽车变速箱目前在国内机械设计与制造领域，绝大多数工程实践中为求简便，设计者均通过参考试验经验值或查阅相关标准的方法来确定传动效率数值，这种方法对于占比较小的风阻、搅油或轴承功率损失的计算尚可满足精度要求，但对于占比较大的齿轮啮合效率必将是不准确的，严重时将会产生极大的设计误差[4]。通过实验数据处理得到的齿轮啮合效率经验公式或经验数值在理论方面也缺少对其本质规律的基础研究[5]。这些处理方法对齿轮啮合效率的计算与优化缺乏理论推导与分析，并且尚未完全考虑所有结构、工况及修形等因素。在此背景下，建立准确的齿轮啮合效率计算模型，综合考虑齿轮修形方式对其影响，并基于结构参数、工况参数与修形参数进行齿轮啮合效率的设计方法研究，对于齿轮系统传动效率的提升具有极大的推动意义。1.2 齿轮传动效率研究现状齿轮传动系统中，最为主要的功率损失形式有四种，啮合功率损失、搅油功率损失、风阻功率损失及轴承摩擦功率损失。其中，啮合功率损失是最为主要的形式，也是本文中所要讨论研究的重点。另外三种功率损失形式在整体功耗中一般占比不大，且针对这三种功率损失形式的计算方法已有成熟的试验基础与经验公式可供参考。

汽车变速箱,工程实践,设计者,领域

图 1.1 齿轮驱动风扇发动机图 1.2 高精汽车变速箱目前在国内机械设计与制造领域，绝大多数工程实践中为求简便，设计者均通过参考试验经验值或查阅相关标准的方法来确定传动效率数值，，这种方法对于占比较小的风阻、搅油或轴承功率损失的计算尚可满足精度要求，但对于占比较大的齿轮啮合效率必将是不准确的，严重时将会产生极大的设计误差[4]。通过实验数据处理得到的齿轮啮合效率经验公式或经验数值在理论方面也缺少对其本质规律的基础研究[5]。这些处理方法对齿轮啮合效率的计算与优化缺乏理论推导与分析，并且尚未完全考虑所有结构、工况及修形等因素。在此背景下，建立准确的齿轮啮合效率计算模型，综合考虑齿轮修形方式对其影响，并基于结构参数、工况参数与修形参数进行齿轮啮合效率的设计方法研究，对于齿轮系统传动效率的提升具有极大的推动意义。1.2 齿轮传动效率研究现状齿轮传动系统中，最为主要的功率损失形式有四种，啮合功率损失、搅油功率损失、风阻功率损失及轴承摩擦功率损失。其中，啮合功率损失是最为主要的形式，也是本文中所要讨论研究的重点。另外三种功率损失形式在整体功耗中一般占比不大，且针对这三种功率损失形式的计算方法已有成熟的试验基础与经验公式可供参考。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41

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