WN齿轮传动的优化及可靠性设计

发布时间：2017-05-18 18:23

  本文关键词：WN齿轮传动的优化及可靠性设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：圆弧圆柱齿轮简称圆弧齿轮，因其轮齿工作齿廓曲线为圆弧而得名。在国际上称为Wildhaber-Novikon齿轮，简称WN齿轮。由于WN齿轮与普通渐开线齿轮相比具有高承载能力以及高齿面接触强度和齿根弯曲强度等优点，因此，，利用先进的设计计算方法和计算机技术对WN齿轮进行传动参数优化、应力分析及可靠性的研究就显得尤为重要，具有较高的理论价值和实际意义。 本文是基于国家自然科学基金“WN齿轮多损伤耦合与强度设计多学科综合及仿真的研究”(51075047)，以GB/T12759-1991标准WN齿轮为研究对象，对其研究的主要内容如下： 1)本文以空间啮合原理为基础，将齿面啮合理论应用到WN齿轮传动中，对WN齿轮的端面齿廓方程式进行推导；通过对其主要传动参数进行分析，得出各个参数对轮齿的啮合特性与强度之间的影响关系，为下一步的优化设计和实体建模做好充分的理论指导。 2)利用MATLAB优化工具箱的序列二次规划法(SQP)对齿轮的主要传动参数进行优化设计，形成一套完整的传动参数优化设计方法。同时，在设计中将相关参数进行最小二乘拟合，以提高设计效率及数值的精确度。最后根据具体的实例说明各个传动参数对轮齿接触强度和弯曲强度的影响。本设计方法为下一步的参数化建模及应力分析等其它CAD设计提供了应用基础。 3)利用上述优化设计方法，按照实际工程要求，选取一组最优参数进行三维建模，利用有限元分析软件ANSYS，对WN齿轮在其静态模块下的弯曲应力进行分析，通过应力及应变图分析出轮齿的最大弯曲应力发生的位置、应力随受载位置的变化以及沿齿宽方向所引起的变化趋势，为实际工程中轮齿所受的弯曲应力状况提供了参考基础。 4)为了进一步验证轮齿弯曲应力对齿轮造成的影响，本文首先对WN齿轮的失效模式进行简要分析，对齿轮的失效及损伤提供一定的理论指导。再次结合相关的可靠性设计理论及普通圆柱齿轮的相关知识，对上述弯曲应力进行可靠性验证，总结出WN齿轮在齿面接触应力及齿根弯曲应力两种情况下的可靠性设计方法。最后通过具体实例说明可靠性设计流程，本可靠度计算方法简单明确，易于应用。 本文的研究从基本啮合理论开始，通过参数优化及应力分析，最后运用可靠性知识加以验证，步步递进，环环相扣，为WN齿轮的设计等提供了一定的参考依据。
【关键词】：WN齿轮 优化设计 弯曲应力 有限元分析 可靠性设计
【学位授予单位】：大连大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.416
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 齿轮传动技术的发展及趋势11-12
• 1.2 国内外对 WN 齿轮的研究概况及发展趋势12-14
• 1.3 WN 齿轮传动的特点与研究现状14-16
• 1.4 论文研究的背景16-17
• 1.5 本文的研究内容与采用的方法17-18
• 2 WN 齿轮传动几何学及啮合原理分析18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 基准齿形18-21
• 2.2.1 基准齿形的简要介绍18-19
• 2.2.2 GB 12759-91 型的基本齿形参数19-20
• 2.2.3 WN 齿轮主要齿形参数的选择原则20-21
• 2.3 WN 齿轮传动的基本原理21-28
• 2.3.1 WN 齿轮齿面方程的建立22-26
• 2.3.2 WN 齿轮的啮合特性26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 WN 齿轮传动参数优化设计29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 优化设计方法29-33
• 3.2.1 优化设计方法概述29-30
• 3.2.2 优化设计数学模型的建立30-33
• 3.3 WN 齿轮传动参数的优化设计33-39
• 3.3.1 优化设计方法的选择33-34
• 3.3.2 传动参数优化设计过程34-39
• 3.4 WN 齿轮优化设计实例39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 WN 齿轮传动的弯曲应力分析42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 有限元方法简介42-44
• 4.2.1 有限元法的基本原理42-43
• 4.2.2 有限元法的步骤43-44
• 4.3 ANSYS 软件简介44-46
• 4.3.1 ANSYS 软件的功能44-45
• 4.3.2 ANSYS 软件的特点45
• 4.3.3 ANSYS 软件分析过程45-46
• 4.4 WN 齿轮的弯曲应力有限元分析46-53
• 4.4.1 WN 齿轮有限元模型的建立47
• 4.4.2 WN 齿轮弯曲应力分析实例47-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 WN 齿轮传动的失效及可靠性分析54-69
• 5.1 引言54
• 5.2 WN 齿轮的故障模式及防止措施54-55
• 5.3 可靠性理论基础55-58
• 5.3.1 可靠性的定义56
• 5.3.2 可靠性的特征量56
• 5.3.3 机械可靠性设计的步骤56-57
• 5.3.4 对数正态分布57-58
• 5.4 应力—强度干涉理论及可靠度计算58-62
• 5.4.1 应力—强度干涉理论58-59
• 5.4.2 应力—强度干涉模型求可靠度59-60
• 5.4.3 应力和强度分布都为正态分布时的可靠度计算60-62
• 5.5 WN 齿轮的可靠度设计62-66
• 5.5.1 齿面接触工作应力及强度参数的分布62-63
• 5.5.2 齿面接触疲劳强度的可靠度设计63-64
• 5.5.3 齿根弯曲工作应力及强度参数的分布64-65
• 5.5.4 齿根弯曲疲劳强度的可靠度设计65-66
• 5.6 可靠度设计实例分析66-68
• 5.7 本章小结68-69
• 6 结论与展望69-71
• 6.1 论文的主要工作和结论69
• 6.2 进一步研究展望69-71
• 参考文献71-74
• 附录 A 优化设计流程图74-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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3 穆晓凯;李玉光;陈殿华;李成超;;基于WN齿轮强度的齿轮参数优化设计[J];大连大学学报;2012年03期

4 陈殿华;商桂芝;李玉光;;基于有限元法的滚柱体式超越离合器性能分析[J];工程设计学报;2007年06期

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6 李成超;陈殿华;李玉光;穆晓凯;;WN齿轮传动的三维建模与啮合仿真分析[J];大连大学学报;2012年06期

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本文编号：376827