齿轮有限元接触分析精确建模及传动精度研究

发布时间：2017-04-23 16:05

  本文关键词：齿轮有限元接触分析精确建模及传动精度研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动系统作为机械系统中的核心部分,其传动质量决定着整个机器的运转状态。为了提高传动系统精度,必须掌握齿轮弹性及偏差对传动精度的影响规律。有限元方法不失为接触分析的有效方法之一,然而现有的网格划分方法已不能满足高精密齿轮传动分析的要求。为此,本文提出一种基于轮齿瞬时接触线的网格划分方法,并基于该方法建立的齿轮接触精度模型,分析了齿轮弹性变形及偏差对传动精度的影响,具体内容如下：根据渐开线齿轮几何学知识,把轮齿端面廓形划分为过渡曲线、渐开线、齿顶圆、齿根圆四个部分。通过模拟齿条型刀具范成法加工齿轮的过程求解过渡曲线方程,根据渐开线、齿顶圆及齿根圆各部分方程,精确求解各部分廓形。介绍了螺旋面的形成方法,为直齿轮、斜齿轮几何模型的建立奠定基础。提出一对直齿轮的齿廓面的接触分析网格划分方法,以齿轮端面廓形为基础,求解基于任意给定转角的直齿轮瞬时接触点,并对靠近齿顶点、齿根点的瞬时接触点进行“融合”处理；沿直齿轮轴向离散节点,编程识别单元拓扑结构,通过节点连元法建立齿轮初级模型。采用分级剖分的方式对接触区进行细化,建立多点约束方程过渡疏密不同的网格边界,完成建立直齿轮有限元接触模型。提出了一对斜齿轮的分区网格划分方法,按照瞬时接触线与垂直于轴向各截面交点离散齿廓面节点,编程识别单元拓扑结构,确定六面体单元、五面体单元出现的位置。采用节点连元法,按照已识别出的拓扑结构将对应节点连接成单元,形成斜齿轮初级模型。在接触区,重新生成细化节点,分区域重新识别其拓扑结构并通过节点连元法按照单元拓扑结构重新构建单元,将边界进行耦合处理,完成斜齿轮有限元模型的建立。以节点移动及齿轮整体移动的方式将误差嵌入到有限元模型中,编程实现误差齿轮模型。针对已建立的齿轮接触精度模型,识别接触区域齿廓节点,在对应节点处通过节点坐标增量修正程序嵌入齿廓偏差、齿距偏差；通过齿轮整体的方式嵌入偏心误差；以弹簧单元等效支承件的刚度。分别将4～8级精度齿轮误差及不同刚度的弹簧单元嵌入模型中,分析不同精度齿轮误差及支承件刚度大小对传动精度的影响规律,研究结果将对精密齿轮的传动设计提供依据。
【关键词】：有限元方法 齿轮精确建模 齿轮误差 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
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究综述10-15
• 1.2.1 齿轮有限元建模方法研究现状10-11
• 1.2.2 齿轮传动精度研究现状11-14
• 1.2.3 齿轮弹性变形研究现状14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 2 齿轮接触分析理论及几何学基础17-25
• 2.1 齿轮接触理论17-19
• 2.2 渐开线圆柱齿轮端面廓形19-23
• 2.2.1 过渡曲线生成19-22
• 2.2.2 渐开线生成22-23
• 2.2.3 齿顶圆及齿根圆生成23
• 2.3 螺旋面的形成方法23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 直齿圆柱齿轮有限元精确接触模型25-37
• 3.1 直齿轮啮合区间26-27
• 3.2 直齿轮瞬时接触线27-29
• 3.3 直齿轮齿廓边界29-30
• 3.4 直齿轮有限元模型及准确性验证30-36
• 3.4.1 直齿轮基本有限元模型30-31
• 3.4.2 接触区细化及边界耦合31-34
• 3.4.3 模型验证34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 斜齿圆柱齿轮有限元精确接触模型37-50
• 4.1 斜齿圆柱齿轮齿面生成37-38
• 4.2 渐开线螺旋面直母线38-39
• 4.3 斜齿轮啮合区间39-40
• 4.4 斜齿轮瞬时接触线40-41
• 4.5 斜齿轮齿廓边界41-44
• 4.6 斜齿轮有限元模型及准确性验证44-49
• 4.6.1 拓扑结构确定及初级模型44-45
• 4.6.2 斜齿轮细化及边界耦合45-47
• 4.6.3 模型验证47-49
• 4.7 本章小结49-50
• 5 齿轮副传动精度分析50-62
• 5.1 齿轮三维有限元接触模型50-53
• 5.1.1 齿轮接触初级模型50-51
• 5.1.2 接触区细化51
• 5.1.3 啮合接触及边界条件设置51-53
• 5.2 误差齿轮模型53-56
• 5.2.1 嵌入齿廓偏差53-54
• 5.2.2 嵌入齿距偏差54-55
• 5.2.3 嵌入偏心误差55
• 5.2.4 嵌入支承刚度55-56
• 5.3 齿轮副的传动精度分析56-61
• 5.3.1 弹性变形对齿轮副传动精度影响56-57
• 5.3.2 误差齿轮副的传动精度分析57-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 附录A 斜齿轮细化区展开示意图68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 唐进元;陈嫦;蒲太平;;考虑误差、轴变形和轴承刚度的弧齿锥齿轮LTCA[J];机械传动;2010年05期

2 朱斌;秦伟;孙伟;刘金;;2K-V型摆线针轮减速器的动态回转传动误差分析[J];机械传动;2011年04期

3 何畅然;贺敬良;何渠;;轮齿弹性变形对变速箱动态特性影响研究[J];机械传动;2015年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 黄丽丽;有限元三维六面体网格自动生成与再生成算法研究及其应用[D];山东大学;2010年

  本文关键词：齿轮有限元接触分析精确建模及传动精度研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：322642