交错轴变厚斜齿轮副啮合性能分析及疲劳寿命预估

发布时间：2017-09-17 11:41

  本文关键词：交错轴变厚斜齿轮副啮合性能分析及疲劳寿命预估

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【摘要】：小倾角船用齿轮箱通常采用变厚斜齿轮传动,该齿轮主要特点是各轴向截面齿廓的变位系数沿齿轮轴线依次变化,能很好地满足小倾角齿轮箱中相交轴及交错轴间动力传递的要求。论文以交错轴变厚斜齿轮副为研究对象,综合运用空间齿轮啮合原理、Hertz点接触理论、动态接触分析方法及疲劳寿命评价理论,开展齿轮副尺寸参数设计,变厚齿轮齿面创成和有限元建模,变厚斜齿轮副啮合性能分析和疲劳寿命预估等方面研究,对合理选择变厚齿轮的参数,提高交错轴变厚斜齿轮的承载能力,延长齿轮箱使用寿命具有重要理论意义及工程应用价值。本文的主要研究工作如下:(1)根据变厚斜齿轮加工原理,引入假想公共齿条概念,根据空间齿轮啮合原理对交错轴变厚斜齿轮副的齿形参数进行计算,根据小倾角船用齿轮箱尺寸要求,设计了一对交错轴变厚斜齿轮。(2)利用齿条刀具齿廓方程,推导变厚斜齿轮模拟加工的坐标变换矩阵,建立变厚斜齿轮齿面方程;根据锥形齿轮啮合原理,确定交错轴变厚斜齿轮副的装配关系,借助Matlab和UG软件构建了交错轴变厚斜齿轮副的装配模型。(3)应用共轭曲面理论,计算交错轴变厚斜齿轮的主曲率和主方向,结合Hertz点接触理论,校核了齿轮副的齿面接触强度;推导交错轴变厚斜齿轮弯曲应力计算公式,校核了齿轮的齿根弯曲强度;在ANSYS软件中,建立齿轮副静力接触有限元模型,仿真得到交错轴变厚斜齿轮副的齿面接触应力和齿根弯曲应力,与理论计算结果吻合良好,验证了理论计算及仿真方法的正确性。(4)在ANSYS/LS-DYNA软件中,对交错轴变厚斜齿轮副进行网格离散和边界条件施加,生成动力接触有限元模型;通过仿真分析,得出交错轴变厚斜齿轮副的动态应力云图,研究了啮合过程中齿轮副接触力和传动误差的变化规律。(5)以啮合过程齿轮副动态接触力为疲劳分析的载荷谱,基于GL规范计算齿轮材料的S-N曲线,结合静力分析所得的应力应变结果,利用ANSYS/FE-SAFE软件对交错轴变厚斜齿轮副进行疲劳寿命分析,得出齿轮副的对数疲劳寿命及疲劳安全系数,分析了齿面粗糙度和载荷大小对齿轮副疲劳寿命的影响。
【关键词】：变厚斜齿轮 齿面方程 强度校核 动力接触 疲劳寿命
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 变厚齿轮副的设计方法及研究9-11
• 1.2.2 变厚齿轮副强度分析11-12
• 1.2.3 变厚齿轮副啮合特性分析12-14
• 1.2.4 齿轮疲劳寿命研究14-16
• 1.3 课题的主要研究内容16-17
• 2 交错轴变厚斜齿轮传动参数设计17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 变厚斜齿轮加工原理和尺寸计算17-21
• 2.3 交错轴变厚斜齿轮副参数设计21-29
• 2.3.1 变厚斜齿轮与假想齿条的啮合21-23
• 2.3.2 一对变厚齿轮与公共齿条的啮合23-25
• 2.3.3 交错轴变厚齿轮的计算25-29
• 2.4 交错轴变厚齿轮计算实例29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 交错轴变厚斜齿轮齿面方程推导与建模31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 交错轴变厚斜齿轮齿面方程推导31-36
• 3.2.1 齿条刀具齿面方程31-34
• 3.2.2 交错轴变厚斜齿轮齿面方程34-36
• 3.3 交错轴变厚斜齿轮齿轮副装配模型36-40
• 3.3.1 交错轴变厚斜齿轮齿轮副模型建立36-38
• 3.3.2 装配位置的计算38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 交错轴变厚斜齿轮强度校核41-53
• 4.1 引言41
• 4.2 交错轴变厚斜齿轮静接触应力计算41-45
• 4.2.1 Hertz点接触理论41-42
• 4.2.2 交错轴变厚斜齿轮主曲率及主方向42-45
• 4.3 交错轴变厚斜齿轮静弯曲应力计算45-48
• 4.4 交错轴变厚斜齿轮副静力接触有限元仿真48-50
• 4.4.1 静力有限元计算模型48-49
• 4.4.2 静力接触有限元仿真结果49-50
• 4.5 理论计算与有限元仿真结果对比50
• 4.6 交错轴变厚斜齿轮疲劳强度计算与校核50-52
• 4.6.1 接触疲劳强度校核50-51
• 4.6.2 弯曲疲劳强度校核51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 5 交错轴变厚斜齿轮副动力接触分析53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 LS-DYNA显式动力接触理论53-56
• 5.2.1 LS-DYNA动力分析功能介绍53-54
• 5.2.2 动力学基本方程54-55
• 5.2.3 显式时间积分55-56
• 5.2.4 求解控制56
• 5.3 齿轮动力接触有限元模型56-59
• 5.3.1 单元类型选择及网格划分56-58
• 5.3.2 施加边界条件58-59
• 5.4 计算结果分析59-62
• 5.4.1 变厚斜齿轮副动态接触特性分析59-60
• 5.4.2 变厚斜齿轮副接触力分析60-61
• 5.4.3 变厚斜齿轮副传动误差61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 6 交错轴变厚斜齿轮疲劳寿命分析63-77
• 6.1 引言63
• 6.2 疲劳寿命分析相关理论63-67
• 6.2.1 疲劳累积损伤理论63-64
• 6.2.2 材料S-N曲线64-66
• 6.2.3 疲劳寿命分析方法66
• 6.2.4 FE-SAFE软件的疲劳计算方法66-67
• 6.3 变厚斜齿轮副疲劳寿命分析67-72
• 6.3.1 求解S-N曲线67-69
• 6.3.2 齿轮啮合过程的载荷谱69-70
• 6.3.3 疲劳寿命计算70-72
• 6.4 交错轴变厚斜齿轮疲劳寿命影响因素分析72-75
• 6.4.1 齿面粗糙度对齿轮疲劳寿命的影响72-73
• 6.4.2 载荷系数对齿轮疲劳寿命的影响73-75
• 6.5 本章小结75-77
• 7 结论与展望77-79
• 7.1 结论77
• 7.2 展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-87
• 附录87
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录87
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目87
• C. 作者在攻读学位期间获得的奖励87

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本文编号：869234