渐开线齿轮动态接触仿真及实验研究

发布时间：2020-07-04 05:39

【摘要】：齿轮系统动力学特性的研究对系统的性能和可靠性有着重要影响。尽管目前对于齿轮动力学的研究已经比较成熟,但是大部分研究都是以齿轮模型为基础。齿轮模型通常没有考虑真实齿廓的接触情况,对齿轮接触计算过于简化,因此会降低动力学计算的准确性。而轮齿是齿轮啮合的基本单元。以轮齿模型作为基础模块,并考虑真实齿廓的接触过程,才能准确地反映系统的动力学特性。因此,本文以渐开线直齿轮为研究对象,对基于轮齿接触模型的齿轮动力学建模方法以及动力学特性进行研究。考虑渐开线轮齿啮合的基本原理,得到基于距离检测的轮齿动态接触算法。运用该接触算法和赫兹接触模型,并综合考虑轮齿时变啮合刚度、阻尼、摩擦和齿轮侧隙等非线性因素,建立渐开线轮齿动态接触模型。研究多轮齿啮合的计算方法,并基于Adams Subroutine二次开发平台实现轮齿接触模块和多齿接触模块的集成,最终建立齿轮动态接触模型。分析在给定工况下一对外啮合和内啮合齿轮动态响应特性和动态接触力特性,并根据理论计算初步验证模型。另一方面,通过轮齿动态接触力的大小和啮合点的位置,计算齿根动态弯曲应力。分析不同阻尼比和负载对系统动态响应的影响,并对接触参数的选取进行讨论。以验证仿真模型为目的,完成齿轮动态弯曲应力实验的原理设计,提出通过测量齿根动态弯曲应力实现间接验证仿真动态接触力的方法。考虑传感器的布置和数据传输设计实验台的总体结构;基于数据采集设备和Lab VIEW,搭建实验数据采集平台。在不同工况下对齿轮进行实验,得到系统的转速、动态转矩以及动态弯曲应力等数据。实验结果和仿真结果表明,实验测试的齿根动态弯曲应力和仿真计算的动态弯曲应力在数值大小和变化趋势上基本相同,从而验证了仿真模型的准确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.413
【图文】：

实验台,齿轮,应力,齿根弯曲应力

常用的方式是通过电阻应变片测量齿根弯曲应变。Oswald[54]测动系统的行星齿轮的弯曲应力。该传动系统的功率超过了 2200K超过了 700MPa，为大功率传动系统弯曲应力的测试提供了重要在齿根粘贴应变片测试了一对塑料直齿轮的齿根弯曲应力，并元计算结果对比，发现二者吻合得比较好，仿真结果比实验结果大等搭建了直齿轮应力测试实验台，结构如图 1-1 所示，并借助 N和 LabVIEW 软件实现了数据采集功能，测量了不同工况下应变有限元仿真验证了实验数据的可靠性。结果表明，该方法能够比弯曲应力。国内学者也做过很多齿根弯曲应力的实验研究。周长江等[摩擦的齿根弯曲应力计算公式。该公式考虑了节点处摩擦力的方验对该公式进行验证。结果表明，实验测得的弯曲应力比计算结动载系数的影响则二者的偏差在 10%以内。文献[58]、[59]详细曲应力实验台的基本结构和实验设备，为后人在实验台结构设计验工况选择上都提供了宝贵的参考。

交点,通过式,横坐标,轮齿

图 2-11 交点编号每一个交点 Ai的横坐标通过式（2-67）计算。tan tan ( )ik ipx t —节点的纵坐标；—节点压力角。，Bj横坐标通过式（2-68）计算。tan tan ( )jk ipx t 何关系可得，对于某轮齿 i，与其啮合的轮齿 j 对应的交点 Bj位点(即左侧距离最近的点)。表达成数学语言为：j 1 i 1jx x x 可以得到第 i 号轮齿所对应的 j 号轮齿。此处通过排序程序实，将轮齿 i 和 j 通过式（2-67）和（2-68）转换成角度，传递到能计算出该对轮齿的动态接触力。至此，通过多齿接触计算程齿接触模型到齿轮模型的集成。

【参考文献】