基于有限元法的ZC1蜗轮蜗杆传动系统强度分析

发布时间：2017-07-29 14:35

  本文关键词：基于有限元法的ZC1蜗轮蜗杆传动系统强度分析

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【摘要】：ZC1蜗杆传动,是圆弧圆柱蜗杆传动的一种,研究ZC1蜗杆传动对自主研发高效、重载、平稳的蜗杆减速器有着重要的理论指导意义和实用价值。基于齿轮空间啮合原理和活动标架法研究ZC1蜗杆理论方程式,运用接触有限元法对ZC1蜗杆副的强度进行研究。研究了ZC1蜗杆的成形原理、磨削砂轮的数学模型、蜗杆的齿面方程、蜗轮蜗杆啮合时的瞬时接触线。阐述了蜗杆副三维建模的一般方法,提出适合ZC1蜗杆副的建模方法:运用数值计算法对以空间啮合理论为基础的蜗杆齿面方程式进行齿廓绘制得到蜗杆造型,运用成形原理和虚拟加工技术对蜗轮进行了三维造型,并建立了ZC1蜗杆副的有限元接触模型。这种建模方法将对其他类型的蜗杆副、齿轮副的建模提供指导意义。基于非线性接触有限元法,研究了蜗轮齿面接触应力的分布情况,分析了不同材料、齿形角对接触应力的影响,研究了载荷、啮合齿数、齿形角对齿间载荷分配的影响,通过有限元法与解析法的强度计算结果对比,发现了两者之间误差均不超过16%,证明了有限元法的准确性。同时在原有的解析法的基础上,增加了诱导法曲率半径kmin的影响因素,使得改进后的公式有更小的裕量,使得蜗杆副的性能得到充分利用。对齿面接触强度公式的改进,对于减少强度计算时间和提高解析法准确度有着重要的实际意义,同时为改善和完善强度计算公式提供了理论依据和方法。考虑了安装误差对于蜗杆副的齿面接触应力的影响程度,得出了轴交角误差对齿面接触性能影响最大,中心距误差次之的结论,同时也发现适当的轴向误差对蜗杆副的接触性能有着一定的改善作用。研究结论为蜗杆副的实际安装过程提供一定的指导作用,并为之后针对ZC1蜗杆副的控制成本、齿面修形方面奠定了有限元分析基础。
【关键词】：ZC1蜗杆传动 有限元法 传动强度 安装误差
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.44
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 蜗杆传动研究现状9-13
• 1.2.1 蜗杆传动强度研究概述9-10
• 1.2.2 齿面接触强度研究概况10-12
• 1.2.3 齿根弯曲应力研究概况12-13
• 1.3 ZC1蜗杆研究现状13-16
• 1.3.1 ZC1蜗杆传动的理论研究13-14
• 1.3.2 ZC1实验方面的研究14
• 1.3.3 加工工艺方法的研究14-15
• 1.3.4 存在的问题15
• 1.3.5 今后的发展趋势15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 ZC1蜗杆副数学建模18-32
• 2.1 引言18
• 2.2 ZC1蜗杆成形原理18-19
• 2.3 蜗杆齿面方程式19-22
• 2.4 蜗杆副啮合时的瞬时接触线方程22-27
• 2.5 ZC1蜗杆副强度解析式27-30
• 2.5.1 齿面疲劳点蚀计算公式28-30
• 2.5.2 抗磨损承载能力计算公式30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 ZC1蜗杆副传动的三维模型32-41
• 3.1 引言32
• 3.2 ZC1蜗杆的造型32-37
• 3.2.1 几何参数的选择32-34
• 3.2.2 蜗杆齿廓造型34-37
• 3.2.3 蜗杆整体造型37
• 3.3 ZC1蜗轮的造型37-38
• 3.4 蜗杆副的虚拟装配与模型偏差分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 ZC1蜗杆副传动的有限元分析41-61
• 4.1 引言41
• 4.2 接触算法和有限元法41-43
• 4.2.1 接触问题41-42
• 4.2.2 有限元法42
• 4.2.3 接触问题有限元法42-43
• 4.3 静力结构分析43-47
• 4.3.1 几何模型43-44
• 4.3.2 材料特性44-45
• 4.3.3 载荷、约束与接触45-46
• 4.3.4 网格划分46-47
• 4.4 蜗轮齿间载荷分配分析47-48
• 4.4.1 载荷对齿间载荷分配的影响47
• 4.4.2 啮合齿数对齿间载荷分配的影响47-48
• 4.4.3 齿形角对齿间载荷分配的影响48
• 4.5 蜗轮齿面接触应力分析48-52
• 4.5.1 齿面接触应力分布规律49-50
• 4.5.2 不同材料对接触应力的影响50-51
• 4.5.3 不同齿形角对接触应力的影响51-52
• 4.6 蜗轮齿根弯曲应力分析52-54
• 4.6.1 不同载荷对齿根弯曲应力的影响分析52-53
• 4.6.2 齿根圆直径对齿根弯曲应力的影响分析53-54
• 4.7 有限元法与解析法的对比54-57
• 4.7.1 有限元法与解析法的对比54-56
• 4.7.2 解析法的改进56-57
• 4.8 斜齿轮副对ZC1蜗杆副应力的影响57-59
• 4.9 本章小结59-61
• 第五章 考虑安装误差对ZC1蜗杆副传动系统强度影响61-69
• 5.1 引言61-62
• 5.2 无安装误差下ZC1蜗杆副应力分析62
• 5.3 中心距误差下ZC1蜗杆副应力分析62-63
• 5.4 轴交角误差下ZC1蜗杆副应力分析63-65
• 5.5 轴向偏移误差下ZC1蜗杆副应力分析65-67
• 5.6 各种误差对蜗杆接触应力影响程度的比较67-68
• 5.7 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 总结69-70
• 主要工作69
• 创新点69-70
• 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 附录：发表论文与科研情况说明76

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本文编号：589662