椭圆锥齿轮啮合特性及其承载能力分析

发布时间：2017-04-02 20:03

  本文关键词：椭圆锥齿轮啮合特性及其承载能力分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：椭圆锥齿轮副是一种典型的非圆锥齿轮传动形式，其结合了椭圆齿轮和圆锥齿轮的传动特点，主要用于相交轴间运动和动力的传递。椭圆锥齿轮副在纺织机械、农用机械及汽车等领域具有一定的应用价值，正朝着高速、动力传动的方向发展。因此，研究椭圆锥齿轮副啮合特性及轮齿承载能力具有重要的理论意义。 本课题来源于国家自然科学基金项目，主要目的是探索一种通用化的椭圆锥齿轮副啮合特性和轮齿承载能力的计算方法，解决椭圆锥齿轮副的强度校核问题。针对椭圆锥齿轮副，本文开展的主要研究工作如下： 依据空间齿轮啮合原理及齿轮范成包络原理，研究椭圆锥齿轮的基本传动原理，建立啮合坐标系，推导其节曲线方程及节曲线球面半径方程，并确定出齿轮副主动轮偏心率、模数、主动轮齿数、齿宽及齿轮副阶数六个基本结构参数；推导仿真加工的毛坯参数、刀具参数及刀具轨迹方程，完成椭圆锥齿轮三维实体的参数化设计，建立起一套椭圆锥齿轮的参数化设计方法。 根据微分几何曲面论及曲线论的相关知识，将椭圆锥齿轮副节曲线在空间短程曲率等于平面相对曲率的条件下展开到平面上，推导出齿轮副当量节曲线的计算公式，在当量节曲线的基础上获得传动过程中压力角及重合度，并分析齿轮副基本结构参数对压力角和重合度影响。 提出一种通用化椭圆锥齿轮副强度计算方法，，对轮齿进行受力分析，确定齿轮副传动轴间的力矩关系，推导轮齿上切向力、法向力、径向力及轴向力的计算公式，并针对与轴承载荷相关的径向力与轴向力进行详细分析，获得径向力及轴向力随基本结构参数的变化规律，并以一组实例对轴承的寿命进行校核；推导出啮合过程中综合曲率、齿形系数与应力校正系数的计算公式，获得轮齿接触应力及弯曲应力随主动轮转角的变化规律，判断出齿轮副啮合过程中最薄弱轮齿的位置；分析齿轮副基本结构参数对轮齿强度的影响，并结合VB编程语言，根据所推导强度计算公式开发出椭圆锥齿轮强度计算软件。 利用椭圆锥齿轮偏心率为零时演变成圆锥齿轮的结构特点，通过椭圆锥齿轮强度计算与传统圆锥齿轮计算结果对比分析，理论性的验证该强度计算方法；建立椭圆锥齿轮的有限元分析模型，利用五轴数控铣床加工出齿轮副实体并搭建传动试验台，结合有限元分析与传动试验，验证该强度计算方法的正确性。
【关键词】：非圆锥齿轮 椭圆锥齿轮 接触应力 弯曲应力 轮齿强度
【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】：TH132.424
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究意义及研究背景9-11
• 1.1.1 课题的研究背景9-11
• 1.1.2 课题的研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 加工制造技术研究现状11-12
• 1.2.2 轮齿强度研究现状12-13
• 1.3 主要研究内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 椭圆锥齿轮传动原理与参数化设计15-23
• 2.1 齿轮副传动原理15-19
• 2.1.1 齿轮副的节曲线方程15-17
• 2.1.2 节曲线球面半径17
• 2.1.3 齿轮副结构参数17-19
• 2.2 齿轮副参数化设计19-22
• 2.2.1 范成包络原理19-20
• 2.2.2 刀具参数的确定20-21
• 2.2.3 三维模型的建立21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 椭圆锥齿轮啮合特性分析23-37
• 3.1 节曲线的平面展开23-26
• 3.1.1 短程曲率的计算23-24
• 3.1.2 平面展开算法的推导24-26
• 3.2 压力角的计算及变化特性分析26-31
• 3.2.1 压力角的计算26-28
• 3.2.2 基本结构参数的选择28-29
• 3.2.3 基本结构参数对压力角的影响29-31
• 3.3 重合度的计算及变化特性分析31-36
• 3.3.1 瞬时当量齿轮副的定义31-32
• 3.3.2 节曲线主曲率的计算32-33
• 3.3.3 重合度计算公式的推导33-34
• 3.3.4 基本结构参数对重合度的影响34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 椭圆锥齿轮轮齿强度计算分析37-59
• 4.1 椭圆锥齿轮强度计算原理37
• 4.2 齿轮副受力分析37-43
• 4.2.1 轮齿受力的计算37-39
• 4.2.2 基本结构参数对径向力与轴向力的影响39-42
• 4.2.3 轴承的寿命校核42-43
• 4.3 齿面接触应力分析43-47
• 4.3.1 接触应力计算公式的推导43-45
• 4.3.2 基本结构参数对齿面接触应力的影响45-47
• 4.4 齿根弯曲应力分析47-53
• 4.4.1 齿形系数与应力校正系数的计算47-50
• 4.4.2 基本结构参数对齿根弯曲应力的影响50-53
• 4.5 强度计算软件的开发53-57
• 4.5.1 开发强度计算软件的目的53
• 4.5.2 程序系统设计53-57
• 4.6 本章小结57-59
• 5 椭圆锥齿轮强度计算方法验证59-73
• 5.1 理论计算验证59-62
• 5.2 有限元分析62-66
• 5.2.1 有限元模型的建立62-63
• 5.2.2 有限元结果分析63-66
• 5.3 试验验证研究66-71
• 5.3.1 椭圆锥齿轮的加工66-68
• 5.3.2 传动试验平台搭建68-69
• 5.3.3 结果对比分析69-71
• 5.4 本章小结71-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-81
• 附录81
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录81
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录81

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