小倾角齿轮箱变厚斜齿轮副啮合性能仿真及疲劳寿命分析

发布时间：2017-10-12 18:22

  本文关键词：小倾角齿轮箱变厚斜齿轮副啮合性能仿真及疲劳寿命分析

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【摘要】：小倾角船用齿轮箱采用变厚斜齿轮传动，其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，该齿形特征使变厚斜齿轮可以很好地满足小倾角齿轮箱中相交轴及交错轴间动力传输的要求。本文综合运用空间齿轮啮合原理、疲劳寿命评价理论和动态接触分析方法，开展渐开线和非渐开线变厚齿轮齿面创成方法研究，对比分析不同齿廓变厚斜齿轮副的啮合性能和疲劳寿命。相关研究对合理选择变厚齿轮的参数、提高小倾角齿轮箱的承载能力、延长齿轮箱的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利用产形齿条法面齿廓方程，形成端面齿廓方程，推导基于假想刀具端面齿廓的渐开线变厚斜齿轮模拟加工的坐标变换矩阵，建立渐开线变厚斜齿轮的齿面方程，根据空间锥形齿轮啮合原理，确定渐开线变厚斜齿轮副的装配关系，借助UG软件构建了渐开线变厚斜齿轮副的装配模型。 ②以渐开线变厚斜齿轮为假想加工刀具，建立渐开线与非渐开线变厚斜齿轮副的啮合方程，求解非渐开线变厚斜齿轮的齿面方程；利用UG软件生成非渐开线变厚斜齿轮的实体模型，依据与渐开线变厚斜齿轮间的装配关系，构建非渐开线变厚斜齿轮副的装配模型。 ③在ANSYS/LS-DYNA软件中，对上述两类变厚斜齿轮副进行网格离散，生成接触有限元模型；通过动力接触有限元仿真分析，得出两类变厚斜齿轮副的应力云图以及轮齿接触力和齿面最大等效应力的时间历程曲线，并对比分析齿廓形状对变厚斜齿轮副动态啮合性能的影响。 ④以齿轮副运转过程的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，，结合齿轮副的静力分析所得的应力应变结果，利用ANSYS/FE-SAFE软件对两类变厚斜齿轮副进行疲劳寿命分析，得出不同齿廓变厚斜齿轮副的对数疲劳寿命及疲劳安全系数。
【关键词】：变厚斜齿轮 齿面创成 动力接触 疲劳寿命 有限元法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 变厚齿轮副的设计方法及研究10-12
• 1.2.2 齿轮副啮合特性分析12-13
• 1.2.3 齿轮疲劳寿命研究13-14
• 1.3 课题的主要研究内容14-15
• 2 渐开线变厚斜齿轮副建模方法研究15-33
• 2.1 引言15
• 2.2 产形齿条端面方程的推导15-20
• 2.2.1 产形斜齿条法面齿廓方程16-17
• 2.2.2 产形斜齿条端面齿廓方程17-20
• 2.3 产形齿条的相关参量20-22
• 2.3.1 产形齿条齿面方程20-22
• 2.3.2 产形齿条齿面单位法矢22
• 2.4 啮合方程的建立及变厚齿轮齿面方程的推导22-25
• 2.4.1 产形齿条加工齿轮时位置关系22-23
• 2.4.2 齿面相对速度及啮合方程23-24
• 2.4.3 渐开线变厚斜齿轮齿面方程24-25
• 2.5 相交轴渐开线变厚斜齿轮副建模25-31
• 2.5.1 渐开线齿轮副实体模型建立25-28
• 2.5.2 装配位置的计算28-31
• 2.6 本章小结31-33
• 3 非渐开线变厚斜齿轮副建模方法研究33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 非渐开线变厚斜齿轮齿面方程33-39
• 3.2.1 加工过程坐标系的建立34-35
• 3.2.2 啮合过程齿面滑移相对速度35-36
• 3.2.3 齿轮刀具齿面的单位法矢量36-37
• 3.2.4 啮合方程及非渐开线变厚斜齿轮齿面方程37-39
• 3.3 相交轴非渐开线变厚斜齿轮副建立39-41
• 3.3.1 非渐开线齿轮副实体模型建立39-41
• 3.3.2 非渐开线齿轮副装配41
• 3.4 本章小结41-43
• 4 变厚斜齿轮副动力接触分析43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 LS-DYNA 显式动力分析基本理论43-46
• 4.2.1 LS-DYNA 动力分析功能介绍43-44
• 4.2.2 动力学基本方程44-45
• 4.2.3 显式时间积分与时步控制45-46
• 4.3 齿轮动力仿真模型46-49
• 4.3.1 划分网格建立有限元模型46-48
• 4.3.2 创建轮齿接触对并施加约束48-49
• 4.3.3 对齿轮副加载并求解49
• 4.4 计算结果分析49-55
• 4.4.1 变厚斜齿轮副动态接触特性分析49-52
• 4.4.2 变厚斜齿轮副接触力分析52-54
• 4.4.3 变厚斜齿轮副等效应力分析54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 变厚斜齿轮副疲劳寿命分析57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 疲劳寿命计算相关理论57-60
• 5.2.1 疲劳计算基础57-59
• 5.2.2 FE-SAFE 软件的疲劳计算方法59-60
• 5.3 变厚斜齿轮副有限元静力分析60-62
• 5.3.1 静力分析模型60
• 5.3.2 静力分析结果60-62
• 5.4 变厚斜齿轮副疲劳寿命分析62-68
• 5.4.1 求解 S-N 曲线62-64
• 5.4.2 计算齿轮啮合过程的载荷谱64
• 5.4.3 疲劳寿命计算64-68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 结论69
• 6.2 展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录77
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录77
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目77

【参考文献】

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本文编号：1020252