高速状态下渐开线直齿轮的齿形修形研究

发布时间：2017-05-12 03:02

  本文关键词：高速状态下渐开线直齿轮的齿形修形研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动是应用最为广泛的机构和传动装置,众多机电产品的核心部分,随着工业技术的发展,齿轮传动装置逐渐向高速与重载化方向发展。齿轮在高速、重载状况下,由于齿轮温度分布不均引起齿轮变形,加上制造安装误差产生的啮合冲击,将会对齿轮产生一定的破坏,同时,在变载荷影响下,齿轮的疲劳特征也会愈发明显。为了使齿轮在高速条件下啮合传动效果较好,降低齿轮传动的振动与噪声,齿面载荷分布比较均匀,必须对齿轮进行齿形修形,进而能够提高齿轮传动效率。齿形修形的研究必须以齿轮模型的精确性为前提,不精确的齿轮模型会对齿轮的动态接触应力分析结果有一定影响,为此,利用UGNX构建渐开线几何方程以及齿根过渡曲线,结合参数化功能创建齿轮模型。将渐开线齿轮模型导入ANSYS/LS-DYNA中进行数值模拟,设定边界条件以及约束载荷,对齿轮模型进行高速状态下的非线性动力分析,可以获得齿轮高速传动过程中齿面接触应力、应变以及加速度等时间历程曲线,通过对比赫兹公式计算的齿面最大接触应力,确定有限元计算结果的合理性。利用上述高速状态下动态力学计算结果以及齿廓修形演变公式,可以得到齿廓修形所需要的修形参数,进而能够得到不同修形曲线对应的齿轮模型,将修形齿轮进行非线性动力分析,设定齿轮高速运转所需边界条件。之后,对比直线、Walker曲线与圆弧曲线三种齿廓修形曲线的分析结果,得到圆弧曲线具有更好的修形效果,对其在不同高速状态下进行动力学分析,得到圆弧修形齿轮在小于340rad／s的工况下,齿轮传动啮合冲击,振动与噪声比较小。同样,结合未修形齿轮的动力分析结果与齿向修形理论建立齿向修形齿轮模型,之后将修形齿轮在高速工况下进行非线性动力分析,通过修形齿轮在300rad／s线速度下产生的周向位移可以得出,齿端圆弧修形与鼓形修形都能够降低齿轮冲击,提取修形齿轮齿向方向不同单元的最大接触应力,绘制最大接触应力曲线,对比渐开线直齿轮、齿端圆弧齿轮与鼓形修形齿轮的接触应力曲线可得出,鼓形修形效果较为突出,对鼓形修形齿轮在不同高速范围下分析,得到转速小于320rad／s时,齿轮传动稳定性较好。本文主要利用有限元软件对齿轮模型进行高速状态下的动力学分析,结合齿轮动力分析结果与修形理论,对齿轮进行齿廓修形与齿向修形的设计,设定修形齿轮在300rad/s的边界条件下,进行非线性动力分析,进而确定了满足高速状态下的齿轮修形方式与修形量,通过对本文的研究为齿轮设计提供数据参考,能够更好地满足工程应用。
【关键词】：非线性动力学 有限元分析 齿廓修形 齿向修形
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及目的、意义12-13
• 1.1.1 选题背景12-13
• 1.1.2 选题的目的与意义13
• 1.2 齿轮传动动力学及接触研究现状13-15
• 1.3 齿轮修形国内外研究现状15-20
• 1.3.1 国外齿廓修形的研究现状15-16
• 1.3.2 国外齿向修形的研究现状16
• 1.3.3 国内齿廓修形的研究现状16-18
• 1.3.4 国内齿向修形的研究现状18-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-22
• 第二章 齿轮经典接触问题与有限元法22-32
• 2.1 接触问题基本方程22-23
• 2.2 赫兹接触理论分析23-25
• 2.3 齿轮接触有限元法25-31
• 2.3.1 有限元法求解分析26-29
• 2.3.2 有限元接触求解流程图29-30
• 2.3.3 有限元接触方式与接触算法30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 渐开线直齿轮参数化建模与接触动力学分析32-58
• 3.1 参数化建模方法32-33
• 3.2 渐开线直齿轮参数化建模33-39
• 3.2.1 渐开线参数方程33-35
• 3.2.2 建立三维渐开线直齿轮35-39
• 3.3 基于ANSYS-LS-DYNA的显式动力分析介绍39-46
• 3.3.1 ANSYS-LS-DYNA动力分析概述40
• 3.3.2 LS-DYNA显式动力分析的基本概念40-42
• 3.3.3 LS-DYNA分析过程42
• 3.3.4 LS-DYNA接触类型与动态接触算法42-46
• 3.3.5 求解控制技术46
• 3.4 齿轮接触动力学有限元分析46-53
• 3.4.1 单元的选择47
• 3.4.2 设置实常数与单元属性47-48
• 3.4.3 网格的划分48-49
• 3.4.4 定义部件与接触49-51
• 3.4.5 边界条件与加载载荷51-53
• 3.4.6 模型分析求解53
• 3.5 动力接触仿真结果分析53-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第四章 渐开线直齿轮齿廓修形分析58-76
• 4.1 引言58
• 4.2 齿轮传动啮合特性58-61
• 4.3 齿廓修形的研究61-67
• 4.3.1 确定齿廓修形量62-63
• 4.3.2 齿廓修形长度的确定63
• 4.3.3 修形曲线的确定63-65
• 4.3.4 修形曲线的参数方程65
• 4.3.5 修形齿轮的实体模型65-67
• 4.4 修形齿轮有限元分析67-74
• 4.4.1 修形曲线接触应力结果67-71
• 4.4.2 角速度对修形曲线的影响71-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 渐开线直齿轮齿向修形分析76-98
• 5.1 齿向修形载荷分布与修形原理76-78
• 5.1.1 齿向修形齿向载荷分布76-78
• 5.1.2 齿向修形原理78
• 5.2 齿向修形的歪斜度简介78-80
• 5.3 齿轮齿向修形方法80-87
• 5.3.1 齿端修形80-81
• 5.3.2 螺旋角修形81-83
• 5.3.3 鼓形修形83-87
• 5.4 齿向修形的参数建模87-88
• 5.5 齿向修形有限元仿真88-95
• 5.6 本章小结95-98
• 第六章 结论与展望98-100
• 6.1 结论98-99
• 6.2 展望99-100
• 致谢100-102
• 参考文献102-106
• 附录 攻读硕士期间发表学术论文106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 汪强 ,周锦进;齿轮修形技术及工艺的发展[J];电加工与模具;2001年05期

2 叶绍松,阮祥发,赵燕;有限元法在结构分析中的应用[J];机械研究与应用;2005年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 方伦浩;基于有限元法的铝合金轮毂耐冲击研究[D];上海交通大学;2008年

2 杨青;大型斜齿轮传动动态特性的仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 徐香翠;齿轮的啮合弹性变形与弧齿圆柱齿轮修形方法的研究[D];扬州大学;2011年

4 霍佳峰;基于接触分析的斜齿轮修形方法研究[D];天津大学;2012年

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本文编号：358599