线面对构齿轮啮合理论及应用研究

发布时间：2020-10-14 20:17

　　 齿轮是实现运动与动力变换的关键基础件,具有恒功率传动的特性,在很大程度上决定着装备的性能,因此在国民经济建设和国防建设中具有十分重要的战略地位。我国在航天领域的发展已走在了世界前列,航空航天工业的迅猛发展,对齿轮传动提出了更高的性能要求,如长寿命、高精密、高承载能力等。高性能齿轮的研究已经成为工业领域中一个关键科学技术问题。基础理论是齿轮研究的重要环节,也是齿轮创新发展的关键要素。点、线、面是最基本的几何元素。现有啮合理论中,曲面与曲面啮合理论、曲线与曲线啮合理论都已得到了充分的阐释。本文开展的齿轮啮合新理论、新技术的研究,以曲线和曲面相啮合为出发点,建立全新的线面啮合理论,进而提出一种高性能的齿轮传动形式——线面对构内啮合齿轮副,重点开展其基本啮合原理,接触特性等研究。本文的主要研究工作如下:(1)运用微分几何原理,在曲线与曲线、曲面与曲面啮合的基础上,提出了线面接触、线面啮合的概念,分析了线面啮合的多样性,给出了线面啮合运动三要素;对线面啮合基本原理进行了数学描述,建立线面啮合空间坐标系,求解相对运动速度;通过给定曲面及曲面上的接触曲线,推导给定曲线的接触方向,进而得出啮合方程;利用啮合方程,推导与给定曲线相啮合的空间曲线与啮合线;利用法截面曲线沿着空间曲线连续变化形成轮齿齿面,并建立精确三维模型;运用微分几何知识研究线面啮合几何特性,验证了空间曲线的存在性及唯一性,提出了线面啮合曲线曲率及挠率的一般计算方法。(2)根据线面啮合基本原理,提出了线面对构内啮合齿轮副;推导了线面对构内啮合齿轮的接触迹线、啮合方程、共轭曲线方程以及齿轮齿面方程;根据具体齿轮参数,运用MATLAB和UG软件建立线面对构内啮合齿轮副的精确实体模型;利用空间曲线的同一性,提出了线面对构齿轮副构建的简便方法。(3)讨论了齿面不发生根切的一般条件,开展了轮齿齿面干涉分析,建立了齿面滑动率的计算理论及计算方法,论证了线面对构内啮合齿轮副中心距误差适应能力;根据线面对构齿轮副啮合特点,提出了重合度的计算方法;开展了线面对构内啮合齿轮副轮齿接触分析(TCA),建立线面对构齿轮副在各种中心距误差下的数学模型,并分别求出两齿轮的啮合轨迹与齿轮副的传动误差。(4)对国际空间站对日定向机构进行介绍,并分析了现有结构的不足之处。基于线面对构内啮合齿轮副,根据性能设计指标,提出了空间站对日定向机构新型传动方案。对新型传动方案的中心距适应能力、齿面接触应力进行了校核计算及运动仿真,建立了对构齿轮啮合副有限元接触模型,并在ANSYS中进行求解,得到接触分析结果,论证了线面对构内啮合齿轮副的承载能力,证明了线面对构齿轮副的点接触啮合特性,验证了线面啮合对构齿轮副在中心距存在误差的时候能够连续正常传动,其实际啮合轨迹与理论分析一致。(5)搭建1:2缩比齿轮实验台,完成实验台安装调试;完成了缩比样机跑合实验及验证实验。与相关研究单位合作搭建1:1模拟实验台,完成跑合实验、性能实验、寿命实验和对比实验。通过原理验证实验和实体型号实验,充分验证了基于线面对构内啮合齿轮空间站对日定向机构新型传动方案的可行性,为其实现应用奠定实验基础。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V42;TH132.41
【部分图文】：

者对现有齿轮啮合传动的理论科学技术的发展使得现有齿轮要求。尽管众多学者从不同角高。因此，从几何学的研究入弯曲强度、高的接触强度、高品质传动。状定了齿轮传动性能，新齿廓的控加工技术的不断发展，复杂者在吸收渐开线齿廓和圆弧齿齿轮传动的创新做了大量有益轮轮齿的凸面与凸面相接触，高了接触强度，在工业中得到

研究了双圆弧齿轮在谐波传动中的应用。②抛物线齿轮早在上世纪80年代初闻智福教授就提出了线接触抛物线齿轮(见图1.2)传动的概念并申请了中国专利[69]，其发明的目的就是为大幅度提高圆柱齿轮的承载能力。

图 1.3 圆弧齿线齿轮Fig.1.3 Gear with arc tooth-line主要是研究了刀具齿面、接触线、共轭齿面及端面程。获得根切界限曲线和啮合界限曲线、诱导法曲触分析、加工仿真等方面的研究。圆弧齿线圆柱盘的逐齿加工方式，在此基础上马振群等人[73]研来有人研究采用普通滚刀在 CNC 滚齿机上连续切效率并降低了成本。我国部分厂家也成功试制了、炼钢设备等产品中，取得了一定的经济效益。以认为是圆齿轮的一种变型，即其滚动节圆已变1.4)。反之，也可以认为非圆齿轮是柱形齿轮的一轮的一种特例，即圆齿轮的节曲线的曲率半径为率半径是变量，故由回转中心到啮合节点的向径
【参考文献】

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本文编号：2841138