基于计算机仿真的弧齿锥齿轮接触应力及动态特性分析

发布时间：2017-08-24 21:40

  本文关键词：基于计算机仿真的弧齿锥齿轮接触应力及动态特性分析

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【摘要】：弧齿锥齿轮因其承载能力高、传动平稳、高效、噪声小等优点,是汽车、电动工具、工程机械、航空航天、船舶、机床等传动装置的重要零件。随着弧齿锥齿轮在高速、重载、轻质等方面快速发展及应用,对弧齿锥齿轮在复杂工况下的强度、动态性能以及可靠性方面的要求越来越高。相对于低速状态,高速状态齿轮系统的动力学性能发生较大改变,影响了系统运行的安全性与可靠性。本文运用理论分析和数值仿真技术,对弧齿锥齿轮齿轮副进行了静态和动态接触分析;考虑速度对轮齿啮合传动性能的影响,分别分析了高速状态下齿轮系统的动态啮合特性与振动特性。本研究的主要工作为:(1)采用UG软件中GC工具箱的参数化建模平台,创建弧齿锥齿轮三维实体模型。同时对全齿模型简化得到齿轮六齿局部模型,并对主、从动轮进行虚拟装配。(2)在ANSYS Workbench中对虚拟装配的六齿模型的啮合过程进行非线性接触静力学分析,获得了啮合周期内齿轮啮合接触4个不同位置处的接触应力变化情况。将啮合接触应力计算值与接触应力强度理论值对比分析,验证接触有限元法的准确性。(3)对比静态分析情况,对弧齿锥齿轮做动态接触分析;并考虑转速对齿面接触应力的影响,得到不同啮合时刻下的齿面接触应力的变化及分布状况。同时,对比分析了静、动态接触的区别与联系。(4)在多体动力学仿真软件ADAMS中,分析了弧齿锥齿轮传动系统在不同工况下的啮合力的时域变化规律,并分析了啮合转速对动态啮合力的影响。同时绘制了齿轮传动过程中沿各方向(轴向、径向、周向)的位移变化曲线图。(5)在ANSYS Workbench软件中对弧齿锥齿轮做高速旋转状态下的动力学模态分析,得到齿轮的振动频率及振型;对比分析了高速状态下齿轮的振动频率与啮合频率以及回转频率的关系,验证了高速齿轮系统不会存在共振现象;同时分析比较了不同转速对齿轮的振动特性的影响。研究了弧齿锥齿轮在高速状态下的离心变形与齿轮振动频率及振型发生变化之间的关系。
【关键词】：弧齿锥齿轮 动力学分析 静态接触分析 动态接触分析 模态特性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 弧齿锥齿轮传动11-13
• 1.2.1 圆锥齿轮的种类11-12
• 1.2.2 弧齿锥齿轮传动特点12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 齿轮接触分析研究现状13-15
• 1.3.2 齿轮模态分析的研究现状15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 弧齿锥齿轮三维建模19-25
• 2.1 UG软件及GC工具箱概述19-20
• 2.2 齿轮几何模型的创建及模型简化20-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 弧齿锥齿轮静态及动态接触分析25-46
• 3.1 接触问题的有限元理论25-30
• 3.1.1 法线与切向接触约束25-26
• 3.1.2ANSYS接触分析设置26-29
• 3.1.3ANSYS接触问题求解29-30
• 3.2 弧齿锥齿轮有限元静态接触分析30-35
• 3.2.1 建立有限元模型30-32
• 3.2.2 边界条件与载荷32
• 3.2.3 求解及后处理32-35
• 3.3 弧齿锥齿轮接触强度校核35-37
• 3.4 弧齿锥齿轮有限元动态接触分析37-40
• 3.4.1 动态接触有限元分析37-38
• 3.4.2 动态接触分析的步骤与过程38-40
• 3.5 转速对动态接触的影响40-44
• 3.6 静、动态接触分析对比44
• 3.7 本章小结44-46
• 第四章 ADAMS下弧齿锥齿轮传动系统动态仿真分析46-55
• 4.1 刚体系统动力学理论基础46-47
• 4.2 齿轮系统动力学仿真47-54
• 4.2.1 仿真模型的建立47-48
• 4.2.2 刚体接触碰撞算法48-49
• 4.2.3 齿轮动力学仿真分析49-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 高速旋转状态下弧齿锥齿轮的振动特性55-73
• 5.1 结构体振动基本理论55-61
• 5.1.1 结构体振动基本方程55-57
• 5.1.2 旋转弹性结构体动频计算理论57-61
• 5.2 模态分析有限元理论61-62
• 5.3 弧齿锥齿轮的模态特性62-67
• 5.3.1 弧齿锥齿轮有限元模型的建立62-63
• 5.3.2 加载及求解63
• 5.3.3 计算结果及分析63-67
• 5.4 高速状态下弧齿锥齿轮的振动分析67-69
• 5.5 高速状态下弧齿锥齿轮离心变形69-71
• 5.6 本章小结71-73
• 第六章 研究结论与展望73-76
• 6.1 研究主要结论73-74
• 6.2 主要创新点74
• 6.3 展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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本文编号：733279