超长复合齿轮的强度仿真与振动分析

发布时间：2020-07-27 20:13

【摘要】： 根据齿轮在使用中尖峰载荷引起的齿根应力过大从而导致的疲劳断裂、振动噪声过大问题,本论文提出一种新型超长复合齿齿轮结构。本论文研究了超长复合齿齿轮结构设计问题、变形问题、齿轮动力学模态问题以及齿根应力问题。 以标准渐开线直齿圆柱齿轮为例,对其结构进行设计。讨论了轮齿渐开线的形成以及渐开线圆柱齿轮正确啮合和连续传动条件,以Solidworks为平台,分别建立标准齿轮,超长齿齿轮三维模型,选择合适的弹性材料,并进行了齿轮系统装配。 建立齿轮传动系统的非线性模型,分析了不同激励类型对齿轮振动的影响规律。 应用当量齿形法和能量法对开槽单齿进行受载变形分析,推导了齿轮弯曲变形公式,研究了开槽深度对轮齿变形的影响。 对齿轮的齿根应力不同计算方法进行了研究,推导了啮合状态下齿轮冲击力的计算公式,分别计算出标准齿轮和超长齿齿轮的瞬时啮合力。对不同齿轮模型进行模态分析,研究了不同情况下齿轮的前六阶固有频率,得出了不同频率下的主振型,模拟仿真结果验证了理论分析的正确性,并为避免齿轮系统发生共振提供了依据。 应用ANSYS软件对不同的齿轮模型进行静态分析,分别研究了不同情况下标准齿轮和超长复合齿轮的变形和应力的变化,模拟仿真结果验证了理论分析的正确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41
【图文】：

较早的齿轮振动模型是由W.A.Twpln 在l953年提出的[6]，如图1-1所示，它是一个单自由度振动系统。图中M是齿轮副的等效质量，K是齿轮啮合刚度的平均值。在此基础上，考虑齿轮啮合刚度的变化，各项误差的影响、阻尼的作用等，逐步提出了Richardson模型[7](1958年)， R.Kasuba模型[8](1962年)等。图1-1 齿轮振动模型 图1-2 齿轮振动模型Fig.1-1 Model of gear vibration Fig.1-2 Model of gear vibration其中日本学者Utagawa在这方面的研究中，作出了卓越贡献，他提出的齿轮振动模型成为以后齿轮动力学研究领域内的基本模型，如图1-2所示

[8](1962年)等。图1-1 齿轮振动模型 图1-2 齿轮振动模型Fig.1-1 Model of gear vibration Fig.1-2 Model of gear vibration其中日本学者Utagawa在这方面的研究中，作出了卓越贡献，他提出的齿轮振动模型成为以后齿轮动力学研究领域内的基本模型，如图1-2所示，它还是一个单自由度振动系统，其中M是齿轮副等效质量，SX 是外载荷W作用下的静变形，X是动载荷dW 作用下的附加变形[9]。对于普通直齿轮，啮合刚度与时间和啮合对数有关系，如图1-3所示，考虑误差的作用，按此模型建立的单自由度振动的微分方程

动力学研究领域，将各种动态过程、激励因素、运动稳定性统一在一套理论和算法中，较为详细地分析了各种动态问题。图1-3 啮合刚度和啮合对数的关系Fig.1-3 Ralation of meshing stiffness and meshing number以上研究成果，只是集中讨论了齿轮刚度激励、误差激励等对齿轮动态特性的影响，而没有将外载荷作为常量来处理，没有涉及外载荷的变化形成的激励对齿轮动态特性的影响。1965年，德国学者Bosch[14]使用模拟计算机研究齿轮动态特性时，曾模拟扭矩变化，分析了外载荷变化对齿轮动载荷的影响。日本学者K.SO.TO等人也提出了随机外载荷激励情况下，齿轮振动微分方程的一种近似的解析解法[15]，清华大学硕士论文[16]，研究了在不稳定载荷下齿轮的动态特性

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本文编号：2772318