渐开线人字齿轮的啮合特性分析与研究

发布时间：2020-08-27 15:33

【摘要】：人字齿轮是机械传动系统中重要的组成部分,具有传动功率大、可靠性高、精度高和承载能力强等优点,在航空航天、船舶等重型机械领域发挥着重要作用。在人字齿轮的应用和研究过程中,一直类比和沿用斜齿轮的诸多特性和结论,至今还没有专门的人字齿轮技术规范。但是研究发现人字齿轮和斜齿轮在某些方面存在着明显差异,探索人字齿轮与斜齿轮的独特差异能够为人字齿轮的深入研究和应用提供理论指导,为此完成了如下研究分析:首先,构造了人字齿廓渐开线及过渡曲线的参数方程,运用Pro/E软件建立了精确的人字齿轮三维参数化模型,并进行了参数化设置。只需输入人字齿轮的基本参数便可快速、精确地得到相应的渐开线人字齿轮模型,提高了齿轮精确建模的效率,为有限元分析奠定基础。其次,根据人字齿轮的动态啮合,分析了齿轮接触线的变化规律,确定了齿轮接触线的计算方法。探究了螺旋角对人字齿轮的有效接触宽度的影响,研究表明不能盲目将人字齿轮等效为斜齿轮进行分析计算。在确定了人字齿轮接触线长度的基础上,计算出齿轮接触面积的变化规律,分析发现人字齿轮的接触面积呈非线性变化,从而为人字齿轮啮合刚度的分析提供了依据。进而,运用Weber和有限元方法对人字齿轮的刚度进行了对比分析,发现两方法之间相差约1.2%;在分析Velex方法的基础上提出了改进Velex方法,与Weber方法进行了人字齿轮啮合刚度的对比分析,仅相差6.8%,说明改进Velex方法分析啮合刚度的有效性;同时分析了人字齿轮的螺旋角、变位系数、轮齿宽度等参数对啮合刚度的影响;通过对比研究人字齿轮和斜齿轮模型发现,人字齿轮的啮合刚度是单边斜齿轮的2.3倍,人字齿轮不可简单看作是两组斜齿轮的性能叠加。最后,在分析啮合齿面相对滑动原理的基础上,计算了人字齿轮的相对滑动速度和摩擦热之间的关系,用有限元方法对齿轮啮合过程中的摩擦生热进行了仿真分析。研究了单齿模型温度场的变化,在稳态热分析中研究变位系数对温度场的影响,发现正变位有利于减小齿轮传动产生的摩擦热。通过热-结构耦合的方法研究了人字齿轮的热应力,探究了温度对齿轮应力的影响,研究发现人字齿轮与斜齿轮的热应力分析也存在明显差异。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41
【图文】：

主减速器,直升机

年刘增民、刘更等人对齿轮的刚度和齿面载荷的分布进和齿轮啮合基本理论，提出一种求解人字齿轮刚度和］。２０１１年王成、方宗德等人为了降低人字齿轮传动过程各种激励和齿轮修形对人字齿轮动态特性的影响，并开］。２０１４年王峰、方宗德等人探宄重合度对人字齿轮的非考虑齿轮的啮合冲击、齿侧间隙等因素，建立非线性负载一定的条件下，人字齿轮的轴向振动随着重合度的Ｃｈｅｎ邋Ｓ和Ｔａｎｇ邋Ｊ等人研宄考虑jk向和扭转耦合运动对结果表明，阻尼对临界转速影响不大，而偏心质量则会年赵宁、王峰等人针对高重合度人字齿轮进行优化设字齿轮的基本设计参数及修形参数，发现选择合适的目的２０１５年蒋进科、方宗德和王成通过对人字齿化设计的研宄，发现齿廓修形可以有效降低啮合冲击、能降低系统振动；齿向修形和轴向窜动的联合作用，从

模型图,人字齿轮,交错角,模型

逑南京航空航天大学和重庆大学则专注于直升机减速器传动系统和行星传动系逡逑统中关于人字齿轮的均载特性的研宄，图１－１所示是直升机主减速器结构。２０１１年逡逑南京航空航天大学的朱增宝、朱如鹏等人针对齿轮误差对人字齿轮均载特性的影逡逑响进行分析，研究发现人字齿轮的均载系数随安装误差的增大而增大［１＾］。２０１３年逡逑朱增宝对人字齿轮传动系统的动力学特性进行研究，针对齿轮传动的均载特性及逡逑其非线性进行全面分析［１３：＞。逡逑２０１５年重庆大学邱红友、石万凯等人以行星人字齿轮为研宄对象，运用数值逡逑方法对行星齿轮传动系统的均载特性进行分析，研宄传动系统的动态和静态均载逡逑特性，并分析齿面修形对人字齿轮均载特性的影响２０１６年任菲、秦大同研究逡逑发现制造误差对人字齿轮传动均载特性有显著影响，明确了制造误差对人字齿轮逡逑传动系统动态特性的影响规律［１５］。２０１７年哈尔滨工业大学的陈振针对单级人字齿逡逑轮行星传动系统进行试验研宄，建立了人字齿轮行星传动系统，对系统的固有特性逡逑和均载特性进行分析［１６］。２０１８年Ｒｅｎ邋Ｆ和Ｌｕｏ邋Ｇ等人研究制造误差对人字齿轮浮逡逑动特性的影响

人字齿轮,斜齿轮,现状

研宄并不充分，与斜齿轮相比还有较大的差距。根据目前现有的文献，作者进行了逡逑一项数据统计，近十年来，在国内机械工程领域对斜齿轮的研宄有１邋０６４篇，而对逡逑于人字齿轮的研究仅有１４９篇，统计结果如图１－３邋（ａ）所示。在国外，对斜齿轮的研逡逑究有１邋０８９篇，对人字齿轮的研究仅有２０５篇，统计结果如图１－３邋（ｂ）所示。逡逑■■斜闪轮逦■■斜闽轮逡逑■■人字齿轮逦■■人字齿轮逡逑２８0／0逦８４0／0逡逑（ａ）国内研宄现状逦（ｂ）国外研究现状逡逑图１－３人字齿轮与斜齿轮研宄现状对比逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ｓｔａｔｕｓ邋ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｈｅｒｒｉｎｇｂｏｎｅ邋ｇｅａｒ邋ａｎｄ邋ｈｅｌｉｃａｌ邋ｇｅａｒ逡逑人字齿轮的研究主要集中在齿轮的动力学分析，在众多人字齿轮的分析过程逡逑中还是应用斜齿轮的参数特性，而人字齿轮传动具有高度的非线性特点，所以斜齿逡逑轮的一些参数特性并不适用于人字齿轮。逡逑人字齿轮啮合主要解决的是接触问题，对于静态啮合的问题考虑较多，而对动逡逑态啮合传动的研宄相对较少，此外关于人字齿轮的变位系数对传动特性的影响也逡逑鲜有研宄。逡逑６逡逑

【参考文献】