直齿轮粗糙表面微凸体弹塑性接触计算模型研究

发布时间：2017-07-18 00:35

  本文关键词：直齿轮粗糙表面微凸体弹塑性接触计算模型研究

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【摘要】：齿轮是重要的基础传动件,正向着高效率密度、高精度、低噪声、微型化等方向发展。摩擦对传动性能影响的研究也受到广泛关注,微观齿面的接触问题对于研究齿轮摩擦磨损、齿面胶合、裂纹等失效机理有重要意义,有必要从微观层面对其接触特性进行研究。本文以直齿圆柱齿轮为对象,研究粗糙齿面上单微凸体与多微凸体的弹塑性接触计算模型。建立一种无摩擦与有摩擦状态下粗糙表面单微凸体弹塑性接触的理论计算模型。通过与一般粗糙表面弹塑性接触问题研究中应用广泛的CEB模型和KE模型的计算结果对比,初步验证本文所建立的理论计算模型的正确性。所建模型克服了CEB模型因假设条件简化导致的平均接触应力的常量化趋向,模型中单微凸体弹塑性接触过程中应力与变形具有连续特性。以某变速器的直齿圆柱齿轮为研究对象,基于实验测得的微观齿面形貌参数,建立无摩擦和有摩擦状态下的齿面单微凸体弹塑性接触的有限元计算模型。两种模型的计算结果对比表明,所建立的理论计算模型具有较好的可信度,是一种齿轮粗糙表面单微凸体弹塑性接触计算的有效方法。基于实测齿面形貌参数通过CATIA逆向建立粗糙齿面三维模型,并根据微观齿面形貌特征将接触部分等效为刚性板与多微凸柱体接触。以等效后的三个微凸柱体为例,分析其四种分布状态下不同间距和不同峰顶相对高度时的接触特性。研究接触表面的Von Mise应力与相对变形量、接触法向的Von Mise应力与相对变形量及总接触面积等。结果表明:峰顶较高的微凸柱体对中间柱体的影响效应较大,且随着微凸柱体间距的增大总的接触面积呈近线性增大。
【关键词】：粗糙表面 弹塑性接触模型 直齿轮 多微凸体 单微凸体 正/侧接触
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;O343.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 粗糙表面接触问题国内外研究现状13-14
• 1.2.1 一般粗糙表面接触问题13
• 1.2.2 机械高副粗糙表面接触问题13-14
• 1.3 微凸体接触研究现状14-15
• 1.3.1 单微凸体侧接触分析14
• 1.3.2 多微凸体接触分析14-15
• 1.4 主要研究内容15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 粗糙齿面单微凸体的弹塑性接触计算模型17-24
• 2.1 粗糙齿面单微凸体接触的几何模型17-18
• 2.2 粗糙齿面单微凸体的弹塑性接触模型18-22
• 2.2.1 无摩擦时单微凸体的弹塑性接触模型18-20
• 2.2.2 有摩擦时单微凸体的弹塑性接触模型20-22
• 2.3 计算模型对比验证22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 粗糙齿面单微凸体的弹塑性接触有限元模型24-29
• 3.1 粗糙齿面单微凸体的弹塑性接触有限元建模24-25
• 3.1.1 粗糙齿面微凸体的峰顶曲率半径测试24
• 3.1.2 单微凸体弹塑性接触的有限元模型的建立24-25
• 3.2 有限元计算结果分析25-28
• 3.2.1 微凸体对的Von Mise应力25-27
• 3.2.2 有/无摩擦状态下微凸体对的法向接触应力27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第4章 粗糙齿面多微凸体弹塑性接触建模29-42
• 4.1 粗糙表面接触模型的构造29-31
• 4.1.1 粗糙表面模型构造方法29-30
• 4.1.2 粗糙表面建模过程30-31
• 4.2 多微凸接触模型简化31-32
• 4.3 多微凸接触理论计算模型32-36
• 4.3.1 刚性板与单微凸柱体接触32-33
• 4.3.2 刚性板与多微凸体接触33-36
• 4.4 有限元分析模型的建立36-41
• 4.4.1 有限元模型参数设置37-39
• 4.4.2 分析参数设置39-40
• 4.4.3 网格密度的选取40-41
• 4.5 本章小结41-42
• 第5章 粗糙齿面多微凸体弹塑性接触结果分析42-61
• 5.1 分析前处理42
• 5.2 有限元接触计算结果分析42-60
• 5.2.1 微凸体接触表面Von Mise应力43-49
• 5.2.2 微凸体接触表面相对变形量49-53
• 5.2.3 微凸体接触法向Von Mise应力53-56
• 5.2.4 微凸体接触法向相对变形量56-58
• 5.2.5 微凸体接触面积58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 附录A（攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况）70

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本文编号：555327