非对称渐开线行星齿轮传动强度研究

发布时间：2017-03-27 17:08

  本文关键词：非对称渐开线行星齿轮传动强度研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的快速发展,人们对高性能行星齿轮传动的需求也日益增长,因此研究一种高承载能力、高功率密度的行星齿轮传动变得十分紧迫。在普通行星齿轮传动中,内啮合侧的强度通常比较富裕,而外啮合侧的强度则相对不足,是整个行星传动的强度薄弱环节。研究表明增大压力角能有效提高渐开线齿轮的承载能力,这样只须在行星齿轮传动的外啮合侧使用较大的压力角以较大幅度的提高外啮合强度,而在内啮合侧使用较小的压力角以保持或小幅提高内啮合强度,使得内、外啮合强度更加均衡,就能有效的提高行星齿轮传动的承载能力。因此,本文研究了一种强度更高且更均衡的非对称渐开线行星齿轮传动。考虑到加工制造的便利性,本文采用传统齿轮设计法设计非对称齿轮,围绕着如何提高非对称行星齿轮传动的强度,进行了比较系统的研究,研究工作的主要内容如下:①建立了非对称齿轮的单圆弧刀具和双圆弧刀具模型。根据齿轮几何学及刀具加工原理,推导了非对称行星齿轮的全齿廓曲线的参数方程。给出了非对称齿轮的齿形参数计算公式并研究了非对称行星齿轮啮合传动满足的条件,为非对称行星齿轮传动的强度研究奠定了理论基础。②分别采用基于平截面法及赫兹接触公式法的解析法和基于混合精确建模的ABAQUS加载接触有限元法计算了不同压力角组合下非对称齿轮的弯曲应力和接触应力。通过计算结果的对比分析,验证了提出的计算方法的有效性和准确性,表明非对称齿轮能有效降低齿根弯曲应力和齿面接触应力。③采用传统齿轮设计法时,刀具对非对称齿轮的齿根弯曲强度起到决定性作用。为此,本文着重研究了刀具类型及齿根高控制参数对非对称齿轮弯曲应力的影响,得到了更适合于非对称齿轮设计的刀具类型和齿根高参数选取方法,为非对称行星齿轮的强度优化提供了常用刀具的最优设计。④提出了采用非对称齿轮,使得行星齿轮传动的内、外啮合侧强度更高且更均衡的设计思想。为此,以两侧齿廓压力角为设计变量,以安全系数的方差加权值最小为目标函数,建立了非对称行星齿轮传动的强度优化模型。为了提高优化结果的准确性,分析了压力角对行星齿轮传动应力的影响,确定了合理的优化设计初值。通过与普通20°压力角及25°大压力角对称行星齿轮传动对比,验证了本文提出的非对称渐开线行星齿轮传动具有更高的强度和功率密度。
【关键词】：非对称渐开线齿轮 刀具设计 啮合机理 应力分析 强度优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.413
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外非对称渐开线齿轮研究概况10-17
• 1.2.1 非对称齿轮设计方法研究现状10-12
• 1.2.2 非对称齿轮的应力分析研究现状12-17
• 1.3 非对称行星齿轮传动强度优化研究现状17-19
• 1.3.1 单级非对称齿轮强度优化现状18
• 1.3.2 非对称行星齿轮强度优化现状18-19
• 1.4 本文研究内容19-21
• 2 非对称渐开线齿轮的展成原理及啮合特性分析21-37
• 2.1 齿条型加工刀具的工作原理21-22
• 2.1.1 齿条刀具的工作原理21-22
• 2.1.2 两类齿根过渡曲线形式22
• 2.2 刀具的建模分析22-25
• 2.2.1 单圆弧齿条刀具建模22-24
• 2.2.2 双圆弧齿条刀具的建模24-25
• 2.3 非对称齿轮全齿廓参数方程25-29
• 2.3.1 非对称齿轮渐开线齿廓25-28
• 2.3.2 非对称齿轮齿根过渡曲线28-29
• 2.4 非对称行星齿轮啮合传动特点29-36
• 2.4.1 非对称渐开线齿轮齿形参数31-32
• 2.4.2 非对称齿轮满足正常啮合的条件32-34
• 2.4.3 非对称渐开线行星齿轮的重合度分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 非对称渐开线齿轮传动的应力分析37-63
• 3.1 非对称渐开线齿轮的弯曲应力计算分析37-51
• 3.1.1 非对称齿轮弯曲应力计算的解析法38-45
• 3.1.2 非对称齿轮弯曲应力计算的有限元准静态分析法45
• 3.1.3 三维模型的精确建立45-47
• 3.1.4 非对称齿轮有限元精确建模的其他主要技术环节47-51
• 3.2 非对称齿轮弯曲应力实例分析51-56
• 3.2.1 弯曲应力的解析法计算结果52
• 3.2.2 弯曲应力的有限元法计算结果52-55
• 3.2.3 不同计算方法的弯曲应力结果对比分析55-56
• 3.3 非对称渐开线齿轮的接触应力计算分析56-57
• 3.3.1 非对称齿轮接触应力计算的解析法56-57
• 3.3.2 非对称齿轮接触应力计算的有限元分析法57
• 3.4 非对称齿轮接触应力实例分析57-60
• 3.4.1 接触应力的解析法计算结果57-59
• 3.4.2 接触应力的有限元法计算结果59-60
• 3.4.3 不同方法的接触应力计算分析60
• 3.5 本章小结60-63
• 4 刀具对齿根弯曲应力的影响分析63-73
• 4.1 刀具类型对非对称齿轮弯曲应力的影响63-66
• 4.1.1 刀具类型与刀尖圆弧半径的关系63-64
• 4.1.2 刀具类型与齿根过渡曲线曲率半径的关系64-65
• 4.1.3 刀具类型与非对称齿轮弯曲应力的关系65-66
• 4.2 刀具控制参数对非对称齿轮弯曲应力的影响66-71
• 4.2.1 压力角变化时刀具控制参数与刀尖圆弧半径的关系67-68
• 4.2.2 刀具控制参数与齿根过渡曲线曲率半径的关系68-70
• 4.2.3 刀具控制参数与非对称齿轮弯曲应力的关系70-71
• 4.3 本章小结71-73
• 5 基于非对称齿轮的行星齿轮传动强度优化73-85
• 5.1 非对称行星齿轮传动强度优化设计建模73-76
• 5.1.1 设计变量的选取73-74
• 5.1.2 目标函数的确定74
• 5.1.3 约束条件的确定74-76
• 5.2 压力角对行星齿轮传动应力影响分析76-81
• 5.2.1 压力角对非对称行星齿轮传动弯曲应力的影响77-79
• 5.2.2 压力角对非对称行星齿轮传动接触应力的影响79-81
• 5.3 优化结果分析81-84
• 5.3.1 强度对比81-82
• 5.3.2 应力基本值的对比82-83
• 5.3.3 功率密度对比83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 6 结论与展望85-87
• 6.1 结论85-86
• 6.2 展望86-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-95
• 附录95
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文95
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目95

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本文编号：270718