高速齿轮有限元热分析及齿廓修形研究

发布时间：2017-07-01 03:02

  本文关键词：高速齿轮有限元热分析及齿廓修形研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速齿轮运转过程中会产生显著的温度场,轮齿温度对其传动性能、胶合失效及润滑油稀释问题都有重要影响；为改善高速齿轮传动的啮合冲击常进行齿轮修形,高速齿轮温度场会引起显著的齿轮热变形,因而齿轮修形时有必要考虑热变形的影响。因此,本文对高速齿轮进行有限元热分析,获知温度场及其相关因素的影响规律,并在齿轮热弹耦合分析的基础上进行齿轮修形。主要内容及结论如下：对高速标准渐开线齿轮进行温度场有限元分析,得到主、从动轮轮齿温度大小及分布规律：主、从动轮轮齿本体温度在齿根齿顶啮入、啮出区域的齿面上均出现了峰值(80。C左右),齿面上节线区域温度较低,齿宽方向上温度对称分布,且齿宽中部的温度值高于两侧。数量化地分析了转速、转矩、齿宽、模数、齿轮箱空气温度和润滑油温度、齿轮端面和啮合面对流传热系数对轮齿温度的影响规律。轮齿齿面各处本体温度随转速或转矩的增加而升高,各点温度增幅不均,随着转速或转矩增加,温度增幅程度降低；齿宽增加,各点本体温度较均匀增加；模数改变带来轮齿体积、接触压力及传热系数的变化,多种因素的综合作用导致轮齿本体温度随模数增加而先减后增；大转矩或高转速下,转速、转矩、齿宽、模数对轮齿温度的影响加剧；轮齿齿面最大本体温度随齿轮箱空气和润滑油温度增减而做小幅增减,其变化不受转速和转矩影响；齿轮端面和啮合面的传热系数对轮齿齿面本体温度影响程度较小,二者增加,齿轮齿面本体温度降低,反之升高。应用ANSYS间接耦合法对齿轮进行结构热弹耦合分析,获得主、从动轮齿单齿啮合区起止位置处的热弹变形值,热变形对接触弹性变形有一定抵消作用,齿宽方向上中间部位的热弹变形总量低于两端部位。以轮齿热弹变形量为依据确定齿轮最大修形量,确定齿廓修形三要素,对齿轮进行了齿廓修形设计。对修形前后的齿轮进行动态仿真分析,得到修形前后的轮齿啮合力曲线和啮入、啮出时轮齿应力分布,又对修形后齿轮进行温度场有限元分析得到轮齿本体温度分布。由结果对比知：齿轮修形后,在啮入、啮出时轮齿动态啮合力及轮齿应力均得到改善,啮入、啮出冲击减小,力学性能改善；修形后,轮齿齿面两个温度峰值区域由齿顶和齿根向齿廓中部移动,温度峰值降低。
【关键词】：高速齿轮 温度场有限元分析 影响因素 热弹耦合分析 齿廓修形
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-14
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 齿轮温度场及其影响因素分析研究现状11-12
• 1.2.2 齿轮修形研究现状12-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 2 齿轮摩擦生热和对流传热分析计算14-26
• 2.1 齿轮摩擦生热分析计算15-20
• 2.1.1 轮齿齿面接触压力15-17
• 2.1.2 轮齿齿面相对滑动速度17-18
• 2.1.3 轮齿齿面摩擦系数18-19
• 2.1.4 轮齿齿面摩擦热流量19-20
• 2.2 齿轮对流传热分析计算20-25
• 2.2.1 轮齿端面对流传热21-23
• 2.2.2 轮齿啮合面对流传热23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 齿轮温度场有限元分析26-34
• 3.1 齿轮温度场分析数学模型的建立26-28
• 3.1.1 轮齿瞬态温度的热平衡方程26-27
• 3.1.2 轮齿稳态本体温度的热平衡方程27-28
• 3.2 轮齿温度场分析有限元模型的建立28-30
• 3.3 轮齿温度场有限元分析边界条件的加载30-31
• 3.4 轮齿温度场有限元分析结果31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 相关因素对轮齿温度影响分析34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 转速对轮齿温度的影响分析34-35
• 4.3 转矩对轮齿温度的影响分析35-36
• 4.4 齿宽对轮齿温度的影响分析36-38
• 4.5 模数对轮齿温度的影响分析38-39
• 4.6 空气和润滑油温度对轮齿温度的影响分析39-41
• 4.7 对流传热系数对轮齿温度的影响分析41-42
• 4.8 本章小结42-43
• 5 齿轮热弹耦合分析及齿廓修形设计43-55
• 5.1 引言43
• 5.2 齿轮热弹耦合有限元分析43-48
• 5.2.1 ANSYS热弹耦合分析简介43-44
• 5.2.2 齿轮热弹耦合有限元分析过程及结果44-48
• 5.3 齿轮齿廓修形设计48-54
• 5.3.1 齿廓修形原理及分类48-49
• 5.3.2 齿廓修形的三要素49-51
• 5.3.3 齿轮齿廓修形过程及结果51-54
• 5.4 本章小结54-55
• 6 齿轮修形前后力学性能及温度的对比分析55-62
• 6.1 引言55
• 6.2 齿轮修形前后力学性能对比分析55-59
• 6.2.1 ANSYS/LS-DYNA软件简介55-56
• 6.2.2 LS-DYNA动力学分析方程56-57
• 6.2.3 齿轮动态仿真分析有限元模型57-58
• 6.2.4 轮齿啮合力及轮齿应力结果对比分析58-59
• 6.3 齿轮修形前后轮齿温度对比分析59-61
• 6.4 本章小结61-62
• 7 结论与展望62-63
• 7.1 结论62
• 7.2 展望62-63
• 参考文献63-66
• 作者简历66-68
• 学位论文数据集68

【参考文献】

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本文编号：504329