FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究

发布时间：2021-03-08 16:26

主减速器锥齿轮是汽车机械传动系统的重要组成部分,其传动质量及可靠性直接影响整车质量。目前,我国商用重型载货汽车主减速器锥齿轮,在恶劣工况下的传动齿轮副存在使用寿命短、不能满足使用要求的问题。本文基于FSH锥齿轮(分阶式双圆弧弧齿锥齿轮)的接触强度高于现在广泛应用的弧齿锥齿轮,提出将其应用于我国商用重型载货汽车驱动桥以解决目前寿命短的问题。 FSH锥齿轮是将圆弧齿廓应用于弧齿锥齿轮的一种新型传动形式,其承载能力与啮合特性紧密相关,接触点初始位置的确定以及之后由点接触向区域接触的发展是影响承载能力的关键,机床调整参数实现对初始接触点的控制,齿形设计与跑合决定了齿面接触由点到面的发展,本文的研究目的是通过对虚拟制造核心技术LTCA(齿面承载接触分析)开展研究,实现合理机床调整参数快速获取,探索针对FSH锥齿轮的跑合方法。论文围绕FSH锥齿轮啮合特性开展相关工作,在虚拟设计制造系统、跑合、动态特性等方面进行研究,论文的主要内容及结论如下： (1)应用微分几何与齿轮啮合原理等理论,针对FSH锥齿轮齿形参数灵活设计的特点,提出基于跑合特性的齿形参数设计方法,从理论上推导了FSH锥齿轮的圆弧齿廓合理曲率半径计算公式,根据FSH锥齿轮的圆弧齿廓特点提出合理曲率半径的确定方法。 (2)根据FSH锥齿轮加工原理,推导大、小轮的啮合方程和齿面方程；并对适合分析跑合的啮合方程进行推导,分析其诱导法曲率和啮合过程,确立了跑合速率与齿面磨损率的数学关系。 (3)以空间啮合原理和TCA分析(轮齿接触分析)为基础,对FSH锥齿轮进行LTCA分析(加载轮齿接触分析)；根据TCA原理和LTCA原理,分析FSH锥齿轮的啮合特性,明确了影响齿面接触区的具体因素,完善了FSH锥齿轮的虚拟仿真加工方法,提出了考虑齿面加工特征的齿面接触应力有限元计算方法,完成了FSH锥齿轮的LTCA(加载轮齿接触分析)。 (4)进行FSH锥齿轮的跑合理论研究,对影响跑合的因素进行分析,建立FSH锥齿轮跑合数学模型,探索针对FSH锥齿轮的跑合方法,提出了SLH(乏油、低速、重载)跑合方法。 (5)设计了锥齿轮动态特性测试实验台,对FSH锥齿轮与Gleason弧齿锥齿轮的动态特性进行测试,对比FSH锥齿轮跑合前后的振动与噪声特征信号,并将FSH锥齿轮跑合后的噪声振动信号与Gleason弧齿锥齿轮进行对比。本文的研究得到了国家自然科学基金项目“超高速大能流密度非稳态润滑空间曲面啮合特征实验提取方法”(批准号：50875009)的资助。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 研究现状综述

1.2.1 FSH锥齿轮的发展及研究现状

1.2.2 锥齿轮虚拟制造系统的发展及研究现状

1.2.3 跑合理论的发展及研究现状

1.3 论文的研究内容

第二章 FSH锥齿轮齿形参数及刀具设计

2.1 引言

2.2 圆弧齿廓合理曲率半径

2.2.1 曲率半径与平稳传动的关系

2.2.2 啮合方程与Willis定理

2.2.3 近似传动的Euler-Savary公式

2.2.4 合理曲率半径的确定

2.2.5 啮合点到啮合节点的距离

2.3 点共轭齿面接触区控制

2.4 相对法曲率和相对短程挠率

2.5 FSH锥齿轮齿形方案选择

2.6 FSH锥齿轮刀具

2.6.1 刀齿设计

2.6.2 刀盘设计

2.7 小结

第三章齿面方程与诱导法曲率

3.1 引言

3.2 双圆弧齿廓基础齿形及坐标表达

3.3 齿面方程

3.3.1 辅助公式

3.3.2 跑合齿面方程

3.4 齿面曲率

3.5 诱导法曲率

3.5.1 运动分析

3.5.2 相对滑动速度

3.6 小结

第四章 FSH锥齿轮的啮合分析

4.1 引言

4.2 齿面接触分析原理

4.3 齿面加载接触分析

4.3.1 齿轮副在接触点满足的关系

4.3.2 初始接触点的确定

4.3.3 初始点参数

4.3.4 齿面投影

4.3.5 接触轨迹

4.3.6 瞬时接触区的确定

4.3.7 齿间接触迹间载荷分配

4.3.8 弹性接触变形分析

4.3.9 传动误差曲线

4.3.10 重合度

4.4 FSH锥齿轮的齿面加载接触分析

4.4.1 接触分析流程

4.4.2 试验齿轮基本参数

4.4.3 齿面接触分析

4.4.4 FSH锥齿轮接触区的影响因素

4.4.5 加载接触分析

4.5 小结

第五章 FSH锥齿轮有限元接触分析

5.1 引言

5.2 FSH锥齿轮的三维模型

5.2.1 铣齿机的加工原理及机床模型

5.2.2 铣刀盘模型的建立

5.2.3 齿坯模型的建立

5.2.4 齿轮模型仿真加工

5.3 FSH锥齿轮有限元分析

5.3.1 前处理

5.3.2 稳态接触应力分析

5.3.3 动态接触应力分析

5.4 对比分析

5.5 小结

第六章 FSH锥齿轮的跑合研究

6.1 引言

6.2 圆弧齿廓齿轮的跑合理论

6.2.1 跑合过程中的油膜

6.2.2 跑合磨损机理

6.2.3 跑合性能

6.3 圆弧齿廓齿轮跑合的数学模型

6.3.1 齿面的相对滑动速度

6.3.2 齿面载荷分布

6.3.3 跑合数学模型

6.4 FSH锥齿轮的跑合方法研究

6.4.1 工作齿面形成过程

6.4.2 SLH跑合方法

6.4.3 跑合要求

6.5 润滑状态与安装位置对跑合的影响

6.5.1 边界润滑与跑合

6.5.2 安装位置与跑合

6.6 小结

第七章 FSH锥齿轮动态特性的试验研究

7.1 引言

7.2 FSH锥齿轮动态特性测试

7.2.1 试验目的

7.2.2 试验对象

7.2.3 测试系统及测试方法

7.2.4 测点布置及信号采集

7.3 跑合前后振动测试结果分析

7.4 跑合前后噪声测试结果分析

7.5 动态特性对比

7.6 小结

第八章结论与展望

8.1 本论文完成的工作

8.2 论文主要创新点

8.3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读博士期间发表学术论文目录

【参考文献】