弧齿锥齿轮承载能力计算与齿根弯曲应力测试

发布时间：2020-08-15 22:11

【摘要】：弧齿锥齿轮是实现相交轴或相错轴传动的重要元件,具有高重合度、高承载能力、低噪声以及传动平稳等优点,被广泛应用于航天航空、船舶、车辆、机床等装备的传动系统。轮齿折断与齿面点蚀是其主要失效形式,因此承载能力计算及其试验研究显得尤为重要。本文基于ISO与AGMA的弧齿锥齿轮强度计算标准,分别计算了齿面接触与齿根弯曲强度,并与齿轮接触有限元分析结果和齿根弯曲应力的试验测试结果进行对比。基于有限元接触分析结果与齿根弯曲应力试验测试值,采用多岛遗传算法对无润滑与油润滑状态下弧齿锥齿轮齿面的摩擦系数计算。主要研究内容有:1、弧齿锥齿轮几何建模。基于球面渐开线形成原理和齿轮展成加工方法推导齿廓曲线方程与节线方程。对上述方程进行数值求解,将齿面数据导入CATIA创建齿轮的三维模型。2、基于齿轮标准的承载能力计算与有限元接触分析。根据ISO 10300(2014)标准和AGMA 2003-B97标准分别对弧齿锥齿轮的齿面接触强度与齿根弯曲强度进行计算,比较两种强度计算标准的差别,分析两种标准中各设计量与修正系数的定义方法、取值及其对轮齿强度的影响;探讨传动比、模数、螺旋角等设计参数对齿轮承载能力的影响。结果表明,两种标准下的接触与弯曲强度计算结果有较大的差异。开展弧齿锥齿轮有限元接触分析,得到齿面接触应力与齿根弯曲应力,并将计算结果与齿轮标准的结果比较分析,有限元分析与ISO标准计算结果比较接近。3、弧齿锥齿轮的齿根弯曲应力测试方法。根据弧齿锥齿轮承载能力以及实验要求进行齿根弯曲应力测试方案设计以及试验台设计。依据齿根弯曲应力测试原理在从动轮凸面齿根部位沿齿宽方向贴片并组桥,基于NI采集系统和Labview软件平台完成了对齿根弯曲应力的测试。4、齿根弯曲应力测试结果分析。对试验测得的应力应变数据进行时域平均法处理,并将测试结果与上述两种方法得到计算值进行对比,结果表明实验测试值比齿轮标准以及有限元计算值均要大。利用有限元软件计算不同摩擦系数下弧齿锥齿轮齿根应力大小,并与试验测试获得的齿根应力值建立目标函数,通过遗传算法计算无润滑和油润滑状态下齿轮齿面摩擦系数。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41
【图文】：

球面渐开线,形成原理,基圆锥,平面

图 2.2 球面渐开线形成原理于计算，在图 2.2 中建立坐标系如图 2.3 所示，O1是基圆锥底Y 平面表示基圆锥圆心所在平面。弧线 EF 为球面渐开线的一部起点，点 E 为渐开线上任一点，延长 OF 交平面 O1平面于点A，点 G 为点 F 在平面 O1上的投影。基圆锥的母线长为 Rb，∠基锥角 b， =∠EO1A 为圆 O1展成角，φ=∠AOC 为 AF 展成角。记存在以下几何关系：sin /costan/ cosb b bb bbbbr RH RAC ROC RCF OC OF OC R

齿廓曲线,弧齿锥齿轮,装配模型,实物

其几何装配模型与实物图如图2.9 所示。(a) 几何模型 (b) 实物图图 2.9 弧齿锥齿轮几何装配模型及实物图2.3 本章小结本章介绍了目前弧齿锥齿轮常用的三种几何建模方法，并比较了不同方法的利弊。基于球面渐开线形成原理推导了弧齿锥齿轮工作齿廓曲线；根据齿轮加工方法推导了齿面节线方程；以此推导了齿轮的工作齿面方程。利用 MATLAB 编程对工作齿面数据点离散，导入 CATIA 软件进行曲线与曲面拟合等得到轮齿凹、凸面。建立弧齿锥齿轮齿顶曲面、齿根曲面及过渡曲面，最终建立弧齿锥齿轮齿轮的几何模型，为弧齿锥齿轮的有限元接触分析提供了几何模型。

弧齿锥齿轮,试验台

图 4.4 弧齿锥齿轮试验台4.2 齿根弯曲应力测试原理齿根动态应力测试原理：通过计算机上的软件控制变频柜进而控制电机的转速带动齿轮箱工作，齿轮箱两端分别接入输入/输出传感器，用来测量齿轮箱输入和输出的转速以及所受转矩，效率仪与传感器配套使用以显示传感器监测得到的转速转矩。贴在齿根危险截面附近的电阻应变片因为齿轮受载发生拉伸变形，信号经高速滑环传到数据采集卡 NI SCXI 1314 和机箱 NI SCXI 1520 把测得的数据传到计算机，计算机通过转换器对测得的模拟信号转换成数字信号得出齿根弯曲应力值。由于试验测试齿根弯曲应力应变数值较小且敏感，并且容易受温度和误差的影响。为减少其他方面的误差，需要严格要求应变片、桥路以及传感器等方面的的选择。4.2.1 选片与组桥

【参考文献】