小倾角齿轮传动系统啮合特性分析及动态性能优化

发布时间：2020-04-22 07:33

【摘要】：小倾角齿轮传动系统通常采用变厚齿轮传动,该齿轮同时存在螺旋角和节锥角,各轴向截面齿廓的变位系数沿齿轮轴线依次变化,可实现相交轴及交错轴间的动力传递。由于变厚齿轮副齿面接触形式为点接触,接触面积较小、滑动速度较大,导致在使用过程中存在振动大、噪声高、齿面磨损严重等问题。因此,开展小倾角齿轮传动系统啮合特性分析及动态性能优化,对改善齿轮箱动力学性能,具有重要的理论意义和工程实用价值。本文针对小倾角齿轮传动系统,开展变厚齿轮副建模及动力接触分析、啮合刚度计算及影响因素研究、传动系统非线性动力学仿真和动态性能优化。论文的主要研究工作如下:(1)基于齿条刀具齿面方程,应用齿轮啮合原理,构造了被加工齿轮与产形齿条的啮合方程,通过坐标变换得到变厚齿轮的齿面方程,结合空间几何关系,构建了变厚齿轮副实体装配模型,进而在ANSYS/LS-DYNA中建立其有限元模型,通过对变厚齿轮副的动力接触分析,研究了齿面动态接触力、动态应力、传动误差等动态啮合特性的变化规律。(2)将变厚齿轮副的齿面接触椭圆简化为长轴上的接触线,运用材料力学理论和积分思想推导了变厚齿轮副的啮合刚度,通过解析计算与有限元分析结果对比,验证了啮合刚度计算方法的准确性。在此基础上,研究了法向压力角、节锥角和外载荷等因素对变厚齿轮副啮合刚度的影响。(3)综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、传动误差、啮合阻尼等非线性因素,建立了小倾角齿轮传动系统多自由度非线性动力学集中参数模型,采用龙格库塔法对无量纲化后的动力学方程组进行数值仿真,分析其分岔图、时间历程曲线、相轨迹、庞加莱截面、频谱图以及动载荷系数曲线,研究了不同因素对传动系统非线性动力学特性的影响。(4)利用齿轮传动系统集中参数模型,采用谐波平衡法求解系统动力学微分方程,得到了传动系统各构件的振动响应解析解;以齿轮副基本参数为设计变量,建立了以振动加速度均方根值和总体质量最小为目标的多目标混合离散优化模型,编写离散优化程序,采用分枝定界法求解了最优设计变量。
【图文】：

齿条刀具,变厚齿轮,齿面方程

齿轮运转过程中，由于轮齿交替啮合导致不同啮合位置的齿面，即存在齿间载荷分配不均的现象，因此有必要对变厚齿轮进究其动态啮合性能。基于齿条刀具齿面方程，应用齿轮啮合原理，根据被加工齿轮啮合关系，通过坐标变换推导得到变厚齿轮齿面方程；根据齿系，构建了变厚齿轮副实体装配模型，，并利用 ANSYS/LS-DYN元分析模型；通过对变厚齿轮副进行动力接触分析，研究了齿态应力和传动误差的变化规律。厚齿轮齿面方程推导条刀具齿面方程 2.1 所示为齿条刀具的法向截面齿廓，直线段刀刃 BC 的矢量方刃 AB 的矢量方程为fnR 。坐标系 ( , , )n n n nS X Y Z 固定在刀具截面为刀具的分度平面，n nX Z 平面为刀具的法向对称平面。X

位置关系,坐标系,刀具,齿廓

011nzR 具齿廓直线段 BC 中任意一点到 B 点的距离；刀具齿面 Σ 的法向压力角；——“+”表示刀具的左齿面，“-”表示刀具的右齿圆弧段 AB 在坐标系nS 中的方程为：**cos sin( tan cos sin4011fan n nnxfnf nyan n n nnfnzh mRmRh mRρ θ ρ απα ρ α ρ + ± + + = = R 具齿廓圆弧段 AB 中任意一点与 A 点的夹角；刀具圆角半径。的齿廓方程，通过建立如图 2.2 所示的坐标系，通过坐具的齿面方程。
【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】