直齿—面齿轮加载接触分析及弯曲应力和接触应力计算方法研究

发布时间：2017-04-07 16:02

  本文关键词：直齿—面齿轮加载接触分析及弯曲应力和接触应力计算方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高精度面齿轮作为航空航天用传动齿轮,接触强度和弯曲强度对其使用寿命影响很大,也是它参数设计的基础；重合度、传动误差等传动性能参数影响其传动的平稳性、噪音,因此这些分析与设计工作是其重要的研究内容。本文研究面齿轮的模型构建、接触特性分析、接触应力计算方法、加载啮合分析及接触强度计算等研究内容,以分析面齿轮的接触区域、强度及传动性能,为面齿轮的实际工程应用和参数设计提供参考。论文主要研究内容和成果有： 1.根据面齿轮啮合原理,推导面齿轮齿面方程,利用数值求解方法求出面齿轮齿面的离散点,根据连续解除条件计算面齿轮点接触形式的接触轨迹,研究安装误差对接触轨迹在齿宽方向偏移的影响,利用数值手段在Matlab中实现了可视化。通过NURBS曲面和虚拟加工的方法构建面齿轮几何模型,并分析了面齿轮建模的拟合误差。 2.研究了面齿轮接触应力的两种计算方法,即解析法和有限元分析法。解析法以“赫兹弹性接触力学”为理论基础,计算面齿轮每个啮合点的主曲率和主方向,研究面齿轮两接触齿面在啮合点的接触变形和应力。论文采用ABAQUS对面齿轮单齿进行有限元加载接触计算,分析面齿轮的接触区域和接触应力。 结果表明：在不考虑边缘接触时,两种计算方法可靠,对比误差小于10%；在齿顶边缘接触时,解析法计算结果偏小,有限元法能正确反映应力集中现象。 3.在ABAQUS中建立面齿轮多齿有限元分析模型,对面齿轮进行加载啮合仿真分析,计算面齿轮加载接触的重合度、载荷分布情况及传动误差等传动性能参数,研究载荷大小对这些参数的影响；以一个轮齿啮合的一个周期为研究对象,分析面齿轮在啮合传动中的接触应力和弯曲应力变化情况,确定面齿轮接触疲劳和弯曲疲劳的危险点。 4.针对面齿轮点接触的传动形式,探讨影响面齿轮多齿模型接触应力的因素,认为载荷分布是决定面齿轮多齿接触时接触应力大小的主要因素。基于面齿轮单齿模型接触应力的解析计算公式,结合有限元仿真分析,给出了面齿轮多齿接触强度计算的新方法。 5.通过实验加载的方法研究面齿轮齿根弯曲应力分布情况,并与仿真分析计算得到的结果进行对比验证；采用滚检实验方式检查面齿轮的接触轨迹和区域,并与TCA分析及LTCA分析计算得到的接触区域进行对比验证,试验结果一致。
【关键词】：面齿轮 接触分析 有限元加载啮合分析 接触强度 传动性能
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V232.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 本论文研究背景10-15
• 1.2.1 面齿轮传动的特点11
• 1.2.2 国外研究进展11-13
• 1.2.3 国内研究进展13
• 1.2.4 面齿轮接触强度和弯曲强度研究概况及研究难点13-15
• 1.3 本论文主要研究内容15
• 1.4 本论文研究目的及意义15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 直齿面齿轮齿面求解与啮合数值仿真17-31
• 2.1 面齿轮齿面方程17-22
• 2.1.1 加工坐标系的建立17-18
• 2.1.2 加工刀具齿面方程18-19
• 2.1.3 面齿轮齿面方程推导19-20
• 2.1.4 面齿轮齿宽限制条件20-22
• 2.2 面齿轮齿廓及接触轨迹的可视化22-28
• 2.2.1 齿面方程求解及齿廓可视化23-24
• 2.2.2 含安装误差面齿轮接触轨迹24-28
• 2.3 面齿轮几何模型构建28-30
• 2.3.1 NURBS自由曲面重构28-29
• 2.3.2 虚拟加工建模29
• 2.3.3 面齿轮几何建模精度29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 面齿轮单齿接触应力研究31-45
• 3.1 面齿轮啮合点主曲率31-34
• 3.1.1 曲面主曲率的确定31-32
• 3.1.2 曲面主方向的确定32
• 3.1.3 面齿轮啮合点主曲面的计算32-34
• 3.2 基于赫兹解析法的面齿轮接触应力计算34-38
• 3.2.1 任意曲面形状的赫兹接触理论34-36
• 3.2.2 面齿轮法向接触力的计算36
• 3.2.3 面齿轮赫兹接触应力计算36-38
• 3.3 有限元数值计算法38-40
• 3.3.1 有限元单齿模型建立及边界条件设置38-39
• 3.3.2 网格密度的确定及计算结果提取39-40
• 3.4 两种方法计算结果对比分析40-41
• 3.5 修形面齿轮接触应力计算41-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 面齿轮加载啮合分析及接触强度计算45-68
• 4.1 面齿轮加载接触分析研究现状45-46
• 4.2 面齿轮加载接触有限元原理的实现46-48
• 4.2.1 有限元接触问题基本方程和边界条件46-48
• 4.2.2 轮齿齿面的接触界面条件48
• 4.3 面齿轮加载啮合分析有限元前处理48-53
• 4.3.1 面齿轮多齿有限元网格模型的构建48-52
• 4.3.2 载荷施加与边界条件设置52-53
• 4.4 基于五齿模型的面齿轮强度分析53-58
• 4.4.1 面齿轮计算实例参数53-54
• 4.4.2 面齿轮多齿模型的接触应力54-57
• 4.4.3 面齿轮多齿模型的弯曲应力57-58
• 4.5 基于七齿模型的面齿轮传动性能分析58-62
• 4.5.1 面齿轮重合度59-60
• 4.5.2 面齿轮载荷分布系数60-61
• 4.5.3 面齿轮传动误差61-62
• 4.5.4 面齿轮传动性能分析结论62
• 4.6 多齿模型接触强度解析计算公式62-67
• 4.6.1 面齿轮接触强度研究的几个基本假设63-64
• 4.6.2 面齿轮接触强度计算方法64-65
• 4.6.3 面齿轮载荷分配系数的确定65
• 4.6.4 面齿轮接触强度的解析计算公式65-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 接触区域检测与弯曲应力测试实验分析68-77
• 5.1 实验目的与方案68-71
• 5.1.1 面齿轮实验参数68-69
• 5.1.2 实验平台与设备69-70
• 5.1.3 实验目的与流程70-71
• 5.2 实验步骤71-73
• 5.3 实验结论与分析73-76
• 5.3.1 接触区域检测73-74
• 5.3.2 弯曲应力测试结果分析74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 全文总结与展望77-81
• 6.1 论文研究结论和成果77-79
• 6.2 论文的创新点79
• 6.3 论文后续研究展望79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士期间发表的论文87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 鲁文龙,朱如鹏,曾英;正交面齿轮传动中齿面曲率研究[J];南京航空航天大学学报;2000年04期

2 盛海林,王艾;多指标正交试验的分析[J];数理医药学杂志;2000年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 付自平;正交面齿轮的插齿加工仿真和磨齿原理研究[D];南京航空航天大学;2006年

  本文关键词：直齿—面齿轮加载接触分析及弯曲应力和接触应力计算方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：290771