直齿轮传动系统弹性误差运动模型及精度分析

发布时间：2017-04-08 05:11

  本文关键词：直齿轮传动系统弹性误差运动模型及精度分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动是应用广泛的机械传动机构,随着机械传动装备向高精密方向发展,齿轮传动系统误差及其特性成为重要的性能标志。由于齿轮传动系统误差与各个零件的形状、误差、弹性变形与负载存在着密切的联系。因此,研究其传动系统误差需要建立各个零件形状、误差、弹性变形与负载的有效等效机制,构建齿轮传动系统精度等效模型。课题来源于国家自然科学基金“精密齿轮传动系统精度特性的多重共轭复合模型”项目,以直齿轮传动系统为研究对象,对其建立了直齿轮传动系统弹性误差运动模型,揭示了齿轮传动系统误差与各个零件的几何误差及弹性变形、负载之间的内在联系,为齿轮传动系统设计的零件精度分配与设计提供新的理论基础。论文的主要研究内容如下：介绍了关于标架及其特性等微分几何学知识,建立了直齿轮渐开线齿廓Frenet标架与对应的Frenet结构方程,为后续的研究做理论基础。基于实际的直齿轮传动系统的零件组成、弹性与误差分析,将轴系上的轴承组件的几何误差等效映射为刚性盘形凸轮轮廓,其弹性约束等效映射为多个弹簧约束的凸轮直动从动件支承；根据相对运动原理,两根浮动轴系的相对运动转化为一根浮动轴系相对另一根刚性支撑轴系,通过齿轮啮合副传递运动,计及齿轮的弹性变形、传动轴弹性变形,建立了直齿轮传动系统弹性误差运动模型。并确立了等效凸轮机构参数以及轴、齿轮弹性与刚度等效参数计算方法。定义了各个构件相应坐标系,用坐标系之间的运动变换表达构件的相对运动关系；以运动模型各机构为研究对象,分别建立位移方程和静力力平衡方程,通过传动系统的准静态的瞬时平衡关系,确立了以齿轮啮合时的时变中心距函数体现的运动模型的基本方程。引用微分几何学方法,在齿轮啮合齿廓面上建立Frenet标架,结合时变中心距误差函数与轮齿弹性变形的作用,基于齿面的接触与相切条件,建立了单齿弹性与误差啮合方程,补充了双齿啮合变形协调方程,形成了齿轮传动精度模型。建立了直齿轮传动系统的精度分析流程,以一个直齿轮传动系统为例,分别研究了输入转矩、轴承内圈滚道误差大小与相位对时变中心距误差函数影响；在此基础上研究了轴承组件弹性与误差、轴的弹性变形、齿轮变形与负载对齿轮啮合特性的影响。本文的研究工作为后续的深入研究直齿轮传动与斜齿轮传动的弹性啮合精度分析与设计研究奠定了理论基础。
【关键词】：直齿轮 弹性 误差 传动精度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 几何数学模型研究齿轮传动精度11-12
• 1.2.2 静力学模型研究齿轮传动精度12-13
• 1.2.3 动力学模型研究齿轮传动精度13-14
• 1.2.4 课题组研究基础14
• 1.3 本文研究方法与内容14-16
• 2 微分几何学基础16-26
• 2.1 曲面的标架及其特性16-20
• 2.1.1 弧微分16-17
• 2.1.2 曲面上的标架17-19
• 2.1.3 曲线的Frenet标架19-20
• 2.2 法曲率、测地曲率、测地挠率20-23
• 2.2.1 法曲率22-23
• 2.2.2 测地曲率、测地挠率23
• 2.3 直齿轮渐开线齿廓标架及其特性23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 传动系统的弹性误差运动模型26-38
• 3.1 模型假设26-28
• 3.2 传动系统弹性误差运动模型的建立28-30
• 3.2.1 运动模型的建立28-30
• 3.2.2 模型自由度分析30
• 3.3 等效凸轮机构参数30-33
• 3.3.1 凸轮轮廓方程30-31
• 3.3.2 凸轮从动件弹簧刚度31-32
• 3.3.3 浮动凸轮中心32-33
• 3.4 齿轮轴弹性与刚度33
• 3.5 齿轮弹性变形与等效弹簧刚度33-36
• 3.5.1 齿轮弹性变形33-36
• 3.5.2 齿轮啮合等效弹簧刚度36
• 3.6 本章小结36-38
• 4 运动模型的基本方程38-46
• 4.1 坐标系定义与运动变换38-41
• 4.1.1 坐标系定义38-39
• 4.1.2 坐标系之间的运动变换39-41
• 4.2 弹性运动协调方程41-43
• 4.2.1 位移方程41-42
• 4.2.2 力平衡方程42-43
• 4.3 凸轮接触点与压力角求解43-44
• 4.4 时变中心距函数44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 5 齿轮传动精度模型46-54
• 5.1 刚性齿轮啮合方程46-47
• 5.2 单齿弹性与误差啮合方程47-52
• 5.2.1 啮合点位置48-51
• 5.2.2 单齿啮合方程51-52
• 5.3 双齿啮合的变形协调方程52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 6 传动系统精度分析实例54-68
• 6.1 实例参数与分析流程54-59
• 6.1.1 实例参数54-55
• 6.1.2 分析流程55-59
• 6.2 不同工况的齿轮副时变中心距误差函数分析59-62
• 6.2.1 输入转矩59
• 6.2.2 误差大小59-60
• 6.2.3 误差相位60
• 6.2.4 轴承实验测量数据60-62
• 6.3 不同工况的齿轮传动精度分析62-66
• 6.3.1 轮齿弹性变形对传动精度的影响62-63
• 6.3.2 时变中心距函数对传动精度的影响63-65
• 6.3.3 弹性变形与时变中心距综合对传动精度的影响65-66
• 6.4 时变中心距函数对啮合角的影响66
• 6.5 时变中心距函数对啮合位置的影响66-67
• 6.6 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 林长洪;朱家诚;;齿轮传递误差计算的分析[J];机械;2011年08期

2 孙智民,沈允文,李华,王三民,常辉兰;星型齿轮系统定常吸引子共存现象的研究[J];中国机械工程;2002年15期

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本文编号：292131