齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析

发布时间：2017-06-17 02:01

  本文关键词：齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展，人们对机械设备使用性能的要求越来越高。齿轮传动是应用最广的传动系统，它的性能直接影响着整个机械系统的性能。一般情况，由于齿轮系统润滑的需要，以及制造、加工、安装等误差和使用过程中的磨损，在啮合轮齿间存在齿侧间隙。但是在实际工况中，齿轮系统可能在负载波动或者处在频繁启动、制动的工作情况下，这样由于齿侧间隙的存在，齿轮间的接触状态会发生变化，导致齿轮间发生接触、脱离、再接触的重复冲击，直接导致齿轮系统的动态特性产生不良的影响，因此以实际生产工况和齿轮参数建立含齿侧间隙的有限元模型，来研究齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响，这对提高机械传动系统的性能有重大意义。 本文在全面分析齿侧间隙理论的基础上，利用ANSYS中的LS-DYNA模块建立了含齿侧间隙的齿轮有限元模型，分别对直齿轮与斜齿轮的6组不同工况进行模拟分析。随后在LS-PREPOST后处理中提取了主动轮与从动轮的转速进行分析比较，同时比较了含侧隙齿轮啮合过程中应力变化和最大等效应力的时间历程，并详细研究了含齿侧间隙齿轮的啮合冲击力的情况，之后进一步提取啮合冲击力的数据进而分析齿轮在啮合过程中脱齿时间。 通过上述各方面的研究分析发现：当齿侧间隙改变时主动轮转速的平均转速、波动周期、变动幅值变化不大，但从动轮变化较为明显。无论哪种工况最大等效应力都是在齿轮啮合的齿顶附近，随着齿侧间隙的增大，将引起轮齿冲击过程的延迟。虽然直齿轮与斜齿轮的最大啮合冲击力是随着侧隙的增大而增大，但是对于低速时（3r/s）,齿轮的最大啮合冲击力略微增大,齿侧间隙对最大啮合力的影响不大。在齿轮啮合频率的倍频区易发生较大的能量，在设计齿轮时要避免齿轮啮合频率的倍频率。齿侧间隙严重影响了齿轮的脱齿时间，特别是直齿轮在齿侧间隙0.5mm的低速工况时，脱齿时间占啮合时间的53%。通过对含侧隙齿轮啮合动态特性的量化分析，为齿轮的非线性动态特性提供一种研究方法，也表明在以后的实际生产中要严格控制齿轮系统的齿侧间隙。
【关键词】：齿侧间隙 LS-DYNA 齿轮转速 等效应力 啮合冲击力 脱齿时间
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题来源及研究意义10-11
• 1.2 齿轮接触特性分析的研究11-12
• 1.3 齿轮副侧隙的研究概况12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 第二章 齿侧间隙的概况及 LS-DYNA 求解接触-碰撞问题的算法14-24
• 2.1 齿侧间隙14-17
• 2.1.1 齿侧间隙的作用14
• 2.1.2 齿侧间隙的记值方法14-17
• 2.2 齿轮副侧隙变化的影响因素17-18
• 2.3 LS-DYNA 求解接触-碰撞问题的主要算法18-22
• 2.3.1 接触碰撞问题的数值计算方法18
• 2.3.2 接触界面的非嵌入条件与面力条件18-19
• 2.3.3 接触碰撞算法的有限元实现19-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 含齿侧间隙的齿轮数值模拟24-38
• 3.1 含齿侧间隙的齿轮三维模型的建立24-29
• 3.1.1 齿侧间隙的确定24-25
• 3.1.2 含齿侧间隙下齿轮安装中心距的计算25-29
• 3.1.3 齿轮三维模型的建立29
• 3.2 含齿侧间隙的齿轮数值模拟模型的建立29-35
• 3.2.1 含齿侧间隙的齿轮模型导入 ANSYS/LS-DYNA30
• 3.2.2 ANSYS/LS-DYNA 的单位制30
• 3.2.3 划分有限元网格30-33
• 3.2.4 定义 Part33
• 3.2.5 定义接触33
• 3.2.6 边界条件和载荷施加33-34
• 3.2.7 求解过程中的参数设置34-35
• 3.2.8 修改 K 文件并输出 K 文件35
• 3.2.9 求解监控35
• 3.3 仿真模拟结果可靠性分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 模拟结果统计与分析38-76
• 4.1 含侧隙齿轮啮合的转速分析38-48
• 4.1.1 低速时直齿轮在不同侧隙下的转速分析38-41
• 4.1.2 高速时直齿轮在不同侧隙下的转速分析41-43
• 4.1.3 低速时斜齿轮在不同侧隙下的转速分析43-45
• 4.1.4 高速时斜齿轮在不同侧隙下的转速分析45-48
• 4.2 含侧隙齿轮啮合的冲击力48-60
• 4.2.1 含侧隙的齿轮动载荷冲击理论48-49
• 4.2.2 直齿轮各侧隙下的啮合冲击力分析49-51
• 4.2.3 斜齿轮各侧隙下的啮合冲击力分析51-53
• 4.2.4 直齿轮与斜齿轮啮合冲击力对比分析53-56
• 4.2.5 啮合冲击力 FFT 图频谱分析56-60
• 4.4 齿侧间隙对齿轮动态接触应力的影响60-73
• 4.4.1 直齿轮低速时的最大等效应力变化64-66
• 4.4.2 直齿轮高速时的最大等效应力变化66-69
• 4.4.3 斜齿轮低速时的最大等效应力变化69-71
• 4.4.4 斜齿轮高速时的最大等效应力变化71-73
• 4.5 本章小结73-76
• 第五章 结论与展望76-78
• 5.1 结论76
• 5.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 攻读硕士期间发表的学术论文84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：457003