定轴圆柱齿轮传动系统的弹性误差建模与传动精度分析

发布时间：2020-05-08 07:31

【摘要】：齿轮传动,作为机械工业设备中应用最广泛的核心部件,正趋于承载高、性能优的方向发展,系统的传动精度是衡量其传动性能的一项重要指标。在齿轮传动系统中,零件的加工误差、安装误差和弹性变形都会影响其传动精度和齿面接触性能,定量地分析系统中的几何误差和刚度特性对其传动性能的影响,对于精密齿轮传动系统的性能分析与设计有重要意义。本文以定轴圆柱齿轮传动系统为研究对象,考虑系统中各零件的误差与弹性,提出了求解准确且快捷的齿轮传动系统仿真模型与性能分析方法,具体研究内容如下:首先,基于渐开线展成原理及齿轮共轭原理,建立无误差的理想齿轮几何学模型;根据齿轮加工误差的定义和分布规律,建立了包含加工误差的齿轮几何学模型;基于SDT和刚体位姿坐标变换理论,建立轴系零件的误差传递模型,得到了齿轮副的相对位姿安装误差;由以上几何学误差模型的求解,得到了由齿轮轴系零件几何误差引起的齿轮啮合间隙/干涉量。进一步地,在刚性几何学误差模型的基础上,建立“节点对节点”齿轮副精确接触有限元模型,为齿轮副有限元模型嵌入三维齿轮加工误差、安装误差,并将轴系弹性支承系统等效为多维弹簧单元组合,建立了耦合误差与弹性的齿轮传动系统有限元模型,以求解考虑几何误差条件下的齿轮传动系统的弹性变形量。以某单级直齿轮和斜齿轮传动系统为例,运用准静态有限元方法定量地分析了低速重载的工况条件下,齿轮时变啮合刚度、齿轮加工误差、系统安装误差、支承刚度特性以及多误差与刚度因素综合作用对系统传动误差和齿面接触性能的影响规律。最后,设计了齿轮传动实验台,采用高精度角度编码器测量输入端和输出端的转角,经数据处理得到系统的传动误差。实验结果验证了本文所提出的仿真模型和分析方法的可行性,并与仿真分析结果进行了对比及误差分析。本文的误差几何学模型、有限元分析模型和实验研究三者共同构成了对于齿轮传动系统性能的研究体系。仿真模型与分析结果定量地揭示了齿轮传动系统性能指标与零件几何误差和刚度特性的内在联系,为齿轮传动系统精度、刚度的分析与设计提供了指导。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

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本文编号：2654340