少齿数齿轮副啮合原理与齿轮轴强度研究

发布时间：2017-06-01 18:09

  本文关键词：少齿数齿轮副啮合原理与齿轮轴强度研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：少齿数齿轮副是指含有少齿数齿轮(齿数为1~7)的渐开线圆柱斜齿轮副。该技术采用双向变位(切向和径向)方法突破了传统齿轮设计对最少齿数的限制,大幅度减少了小齿轮齿数,具有单级传动比大、结构紧凑、重量轻、传动效率高等优点。国外虽有类似的研究成熟应用于机械产品的例子,但由于技术保密性,其设计理论和加工方法均未公开。国内针对此技术的研究还不够全面,能供工程实际应用的成熟资料并不多。本研究在现有的关于少齿数齿轮传动研究成果基础上,重点开展了少齿数齿轮副啮合原理与齿轮轴的强度研究,并利用有限元软件分析了裂纹缺陷对其模态的影响。首先,少齿数齿轮传动作为一种新型的齿轮传动形式,其啮合性质的优劣对实际工程应用有着直接的影响。通过建立少齿数齿轮的端面齿廓数学模型,依据齿轮空间啮合原理,推导其接触点处的法线矢量和相对速度,进而推导其空间啮合方程。其次,基于材料力学中极惯性矩的概念,采用叠加原理,提出了精确计算少齿数齿轮轴极惯性矩的新方法,并进行了误差分析,为研究少齿数齿轮轴的强度、刚度和进一步优化少齿数齿轮副设计参数提供了重要依据。第三,在少齿数齿轮副中,由于小齿轮其轴向尺寸与径向尺寸之比(长径比)较大,属细长轴类零件。其断裂有可能造成不必要的经济损失,本研究基于断裂力学,并以齿数为2的少齿数齿轮轴为例,利用ABAQUS对其齿根应力场强度因子KI进行了求解,并利用Matlab软件进行了KI曲线拟合。为后续的断裂力学参数测试及安全性能的判定提供了理论依据。最后,利用ABAQUS有限元分析软件对少齿数齿轮做了有效的模态分析,求解了其固有频率,并对齿轮不同位置裂纹对其的影响进行了分析和数值对比。为其结构优化设计、动力学研究及噪声和故障诊断提供了有利的参考。
【关键词】：少齿数齿轮副 啮合原理 少齿数齿轮轴强度 模态分析
【学位授予单位】：陕西理工学院
【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
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 选题背景及研究意义9-11
• 1.1.1 选题背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 本研究领域国内外现状11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 本研究的主要内容及技术方案15-17
• 1.3.1 主要研究内容15-17
• 1.3.2 技术方案17
• 1.4 本研究的难点及需达到的目标17-19
• 1.4.1 研究难点17-18
• 1.4.2 需达到的目标18-19
• 第2章 少齿数齿轮副啮合原理19-29
• 2.1 齿轮端面齿廓方程建立19-23
• 2.1.1 齿形分析19-20
• 2.1.2 采用的坐标系及坐标变换20-21
• 2.1.3 齿轮端面齿廓方程21-23
• 2.2 齿轮齿面空间啮合方程建立23-27
• 2.2.1 渐开螺旋面方程式23-24
• 2.2.2 渐开螺旋面的法线矢量24-25
• 2.2.3 少齿数齿轮啮合的相对速度25-26
• 2.2.4 齿面空间啮合方程式26-27
• 2.3 齿轮齿根过渡曲面空间啮合方程建立27-28
• 2.3.1 过渡螺旋面的方程式27
• 2.3.2 过渡螺旋面的法线矢量27
• 2.3.3 齿轮啮合的相对速度27
• 2.3.4 过渡曲面空间啮合方程式27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 少齿数齿轮轴扭转强度研究29-43
• 3.1 少齿数齿轮轴极惯性矩计算的意义29-30
• 3.2 少齿数齿轮轴结构30-31
• 3.3 少齿数齿轮轴扭转试验31
• 3.4 少齿数齿轮轴极惯性矩的计算31-37
• 3.4.1 少齿数齿轮轴横截面31-32
• 3.4.2 少齿数齿轮轴各部分极惯性矩计算32-35
• 3.4.3 少齿数齿轮轴极惯性矩Ip的计算35-37
• 3.5 少齿数齿轮轴极惯性矩计算电算化37-42
• 3.5.1 运行程序软件简介37
• 3.5.2 流程图37
• 3.5.3 可视化界面37-39
• 3.5.4 少齿数齿轮轴力学性能、设计参数及试验数据39-40
• 3.5.5 计算结果及误差40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 少齿数齿轮轴齿根裂纹应力场强度因子分析43-59
• 4.1 研究的意义43-44
• 4.2 裂纹顶端附近应力、应变场44-46
• 4.2.1 三种裂纹组态44
• 4.2.2 应力、应变场44-46
• 4.3 有限元直接法测应力场强度因子的理论基础46-47
• 4.3.1 应力场强度因子定义46
• 4.3.2 测应力场强度因子理论基础46-47
• 4.4 少齿数齿轮轴应力场云图47-49
• 4.4.1 少齿数齿轮轴模型的建立47-48
• 4.4.2 有限元应力分析48
• 4.4.3 有限元应力分析结果48-49
• 4.5 基于ABAQUS的应力场强度因子计算49-54
• 4.5.1 含裂纹的少齿数齿轮轴模型的建立49-50
• 4.5.2 ABAQUS断裂分析流程50-53
• 4.5.3 ABAQUS分析结果53-54
• 4.6 MATLAB应力场强度因子拟合曲线54-58
• 4.7 本章小结58-59
• 第5章 含裂纹少齿数齿轮副模态分析59-65
• 5.1 模态分析理论59-60
• 5.2 有限元法模态分析60-64
• 5.2.1 建模60
• 5.2.2 有限元分析流程60-61
• 5.2.3 ABAQUS模态分析结果61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-71
• 附录71-74
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果74-75
• 致谢75

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本文编号：413177