摆线齿锥齿轮误差对动力学的影响研究

发布时间：2017-05-16 10:09

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【摘要】：摆线齿锥齿轮是螺旋锥齿轮的两大齿制之一，Klingelnberg摆线齿锥齿轮更是螺旋锥齿轮中一个重要的发展方向，在汽车、航空、重型机床等重载、大功率传动领域正在得到越来越广泛的运用。随着机械传动系统日益朝着高速、精密的方向发展，螺旋锥齿轮作为传动系统中的关键传动部件，其动力学特性对于传动系统性能的影响将会更加显著。研究Klingelnberg螺旋锥齿轮动力学特性对于设计和制造高精度、高耐久性、低噪声的高效传动部件有着重要的实用价值和学术意义。 本文基于国家自然科学基金项目“重载摆线齿锥齿轮非稳态条件下损伤机理研究与辨识”(项目批准号：51075006)的资助，围绕重型桥式龙门五轴车铣复合加工数控机床摆角铣头的传动系统展开了相关研究，主要研究了Klingelnberg摆线齿锥齿轮扭转振动刚度建模以及轮齿常见误差引起的Klingelnberg摆线齿锥齿轮非线性振动动力学的影响，论文的主要内容包括： （1）研究了Klingelnberg摆线齿锥齿轮系统的间隙非线性振动理论，采用集中参数法建立了Klingelnberg摆线齿锥齿轮传动系统扭转振动模型。分析了齿轮振动中的各类激励源，包括啮合刚度激励、误差激励和啮合冲击激励。 （2）针对Klingelnberg摆线齿锥齿轮在啮合时的时变啮合刚度，通过转速、负载扭矩、阻尼因子系数分析，提出一种多项式函数展开的时变啮合刚度新模型，并建立了Klingelnberg摆线齿锥齿轮的非线性动力学方程。进而对Klingelnberg摆线齿锥齿轮动力学特性进行分析，得到在小阻尼、重载工况下这种多项式形式的时变啮合刚度模型能更贴近于时变啮合刚度的实际特性。 （3）针对齿轮误差会造成齿轮传动比随时间变化，进而影响齿轮传动的平稳性的问题，进行动力学建模和仿真研究。将齿轮三种误差（齿距误差、齿形相对误差和齿轮副齿频周期误差）引入Klingelnberg摆线齿锥齿轮的动力学方程中，，形成新的变传动比的Klingelnberg摆线齿锥齿轮非线性啮合动力学模型。 （4）采用5阶Runge-Kutta数值积分方法对系统的定传动比和变传动比的摆线齿锥齿轮动力学微分方程进行matlab数值仿真分析，得到了三种误差（齿距误差、齿形相对误差和齿轮副齿频周期误差）对Klingelnberg摆线齿锥齿轮系统所产生的位移响应、内部冲击激振力、频率响应图对得到的各类响应图并进行了详细的分析和比较，确定误差对齿轮传动平稳性的影响规律。 （5）针对摆线齿锥齿轮并考虑齿轮副弹性变形，支撑系统扭转，齿轮加工误差和机床装定误差，推导出一种新的误差加载齿面接触分析方法。通过V-H-J设置参数和机床装定参数，补偿误差的影响来改善传递性能和修改接触面积的大小及位置。并给出实例证明该方法对提高摆线齿锥齿轮的传递特性是合理的、有效的。
【关键词】：Klingelnberg摆线齿锥齿轮 非线性动力学 齿轮误差 齿轮传动比 刚度模型
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.414
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的来源及其研究背景与研究意义10-12
• 1.1.1 课题的来源10
• 1.1.2 课题的研究背景10-11
• 1.1.3 课题的研究意义11-12
• 1.2 齿轮系统非线性动力学国内外研究现状12-14
• 1.2.1 齿轮系统时变刚度模型12-13
• 1.2.2 齿轮系统动力学模型13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-18
• 第2章 摆线齿锥齿轮系统的非线性振动理论18-26
• 2.1 Klingelnberg 摆线齿锥齿轮系统扭转型分析模型18-20
• 2.1.1 摆线齿锥齿轮啮合振动分析模型18-20
• 2.1.2 摆线齿锥齿轮系统的传递误差20
• 2.2 齿轮副的非线性动力学20-23
• 2.2.1 单自由度“振—冲”系统的非线性振动理论21-22
• 2.2.2 数值仿真和模拟仿真求解方法22-23
• 2.3 单自由度齿轮系统的间隙非线性振动23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 摆线齿锥齿轮副的时变啮合刚度研究26-36
• 3.1 摆线齿锥齿轮时变啮合刚度理论26-27
• 3.2 摆线齿锥齿轮动力学方程27-28
• 3.3 摆线齿锥齿轮刚度模型28-30
• 3.3.1 简谐波叠加形式的时变啮合刚度模型28-29
• 3.3.2 多项式形式的时变啮合刚度模型29-30
• 3.4 理论仿真分析与实验值分析对比30-33
• 3.4.1 时域仿真计算对比分析31-32
• 3.4.2 时域响应趋于稳定时间分析32-33
• 3.5 本章小结33-36
• 第4章 基于变传动比的摆线齿锥齿轮非线性动力学模型36-42
• 4.1 摆线齿锥齿轮定传动比动力学模型36-38
• 4.2 变传动比摆线齿锥齿轮动力学模型38-40
• 4.3 本章小结40-42
• 第5章 摆线齿锥齿轮误差对非线性动力学影响的研究42-52
• 5.1 摆线齿锥齿轮内部激振力响应43-44
• 5.2 摆线齿锥齿轮的时域响应44-48
• 5.3 摆线齿锥齿轮频率响应分析48-49
• 5.4 本章小结49-52
• 第6章 基于误差和变形量对摆线齿锥齿轮误差加载齿面接触分析52-64
• 6.1 齿面接触分析52
• 6.2 变形和传递误差52-55
• 6.2.1 在加载条件下的传递误差52
• 6.2.2 载荷分布和变形协调规则52-53
• 6.2.3 轴的变形53-54
• 6.2.4 轴承变形54
• 6.2.5 齿变形54-55
• 6.3 齿面加工误差55-56
• 6.4 机床装定误差56-59
• 6.4.1 机床距Md和螺旋角βm之间的关系56-57
• 6.4.2 刀位装定角τ和螺旋角βm之间的关系57-58
• 6.4.3 刀盘半径r和螺旋角βm之间的关系58
• 6.4.4 机床装定误差和接触面积位置之间的关系58-59
• 6.5 齿面接触误差分析59-61
• 6.5.1 在负载作用下V-H-J等效计算59
• 6.5.2 接触椭圆59
• 6.5.3 接触点曲率59-61
• 6.6 误差加载齿面接触分析的实例61-62
• 6.7 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士期间所发表的学术论文70-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：370534