弧齿锥齿轮参数化设计及啮合传动规律研究

发布时间：2020-06-09 08:21

【摘要】：弧齿锥齿轮因具有传动平稳、效率高、承载能力强、噪声低等优点,已在汽车、航空航天、石油、化工等诸多领域中代替直齿锥齿轮来实现相交轴间的运动传递。在许多关键传动部件,例如汽车后桥主减速器中,弧齿锥齿轮往往长时间处于非标准安装、高速、重载、冲击等复杂多变的工作环境,若能准确预测齿轮的实际啮合传动规律对于高强度、轻质量、长寿命齿轮的设计与研制具有重要的指导意义。同时弧齿锥齿轮齿廓形状为复杂的球面渐开线,齿面也为不规则的空间曲面,三维几何精确建模较为困难,导致其啮合仿真分析以及局部优化设计的相关研究工作难以开展和深入。因此,研究弧齿锥齿轮参数化精确设计方法及其啮合传动规律对于该齿轮的发展和应用具有重要意义。本文根据弧齿锥齿轮的啮合原理和加工过程,在Pro/E软件环境下,采用球面渐开线齿廓方程,建立了弧齿锥齿轮的三维参数化精确几何模型,为其啮合仿真分析打下了基础。采用现代有限元模拟仿真技术,在ANSYS软件中建立了弧齿锥齿轮非线性静态和动态接触分析有限元模型,探究了弧齿锥齿轮的啮合传动规律,详细研究了各类安装误差对于弧齿锥齿轮啮合过程中齿面接触应力、齿根弯曲应力、传动误差、振动与噪音、接触路径和载荷分配系数的影响规律；以及扭矩、转速、摩擦条件等动态因素对于啮合接触应力的影响规律。研究成果为弧齿锥齿轮的修行优化设计、实际装配等提供了理论基础和有效参考。采用ANSYS软件中模态分析模块,研究了弧齿锥齿轮齿轮动力学振动模态特性,得到了各阶固有频率和振型,且进一步揭示了高转速、各类尺寸特征,包括螺旋角、压力角、径向变位系数以及切向变位系数等因素对于齿轮模态特性的影响规律,为弧齿锥齿轮振动模态特性的准确预测、结构优化、输入激励的控制提供了理论基础。以Visual Basic语言、AutoCAD以及Pro/E为平台,开发了齿轮参数化设计软件,实现了各类圆柱、圆锥齿轮的几何尺寸自动计算,二维工程图以及三维模型的参数化建模,为齿轮机构的研究提供了高效、精确的基础模型。
【图文】：

直齿锥齿轮,汽车后桥,主减速器,螺旋锥齿轮

己!.主.J.「刁齿轮传动是机械运载系统中最为重要的一种传动形式，广泛应用于各类机械传动机构。齿轮机构除了可以实现运动和动力的传递，并且与其他传动装置相比，具有传动效率高、工作可靠性强、寿命长、传动比准确、结构紧凑、适用的速度和传递功率范围广等特点。其传动质量直接影响或决定着机械产品的质量与性能。按照两齿轮轴线的相对位置，可将齿轮传动类型分为:l)平行轴齿轮传动，其中包括直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿轮、齿轮及齿条传动，此种传动方式多见于结构简单的传动结构;2)相交轴锥齿轮传动，主要包括直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮，其中前者已在诸如汽车差速器装置中得到成熟的应用，而后者已越来越多的在工况条件更为恶劣、复杂的汽车后桥主减速器中得到应用，如图l一1所示。

示意图,锥齿轮,示意图,基圆锥

两个相互啮合的圆锥齿轮，只有与圆锥齿轮顶点等距离的各对应点刁‘互相啮合，即圆锥齿轮齿廓应为球面渐开线。这是圆锥齿轮副啮合的基本特点。图2一2为一个基圆锥OAB在圆平面OP，Q上做纯滚动时的情形。基圆锥上任一点，例如尸点与圆锥顶点口的距离保持不变，基圆锥OAB与圆平面OP口进行纯滚动时，尸点的运动轨迹矛必在以。为球心、oP一R为半径的球面上。尸点的运动轨迹尸P‘是一条球面上的曲线，，将其称为球面渐开线。齿廓面上通过基圆锥母线oP‘的切平面也必然垂直于平面OP，Q。因此，平面oP誉就是通过母线口尸‘的法平面。可见，圆锥齿轮的齿廓面就是由一族相似的球面渐开线所组成，其中
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41

【参考文献】