带式啮合介质齿轮传动的动力学和疲劳寿命研究

发布时间：2017-06-04 21:21

  本文关键词：带式啮合介质齿轮传动的动力学和疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动具有传动比范围广、传动效率高,寿命长,承载能力强和结构紧凑等诸多优点,因此齿轮传动是现代各类机械设备中应用最为广泛的一种传动形式。带式啮合介质齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,它是在从动大齿轮上活套一条封闭环状的柔性平带,带充当金属轮齿间的啮合介质,把齿轮接触副由“高模量-高模量”转化为“高模量-低模量”,从而起到减振降噪,提高齿轮传动性能的作用。论文主要进行了以下几方面内容研究： 1.在渐开线直齿轮传动系统纯扭转振动模型的基础上,建立了带式啮合介质齿轮传动系统的非耦合型振动模型,推导出其数学方程,利用数学解法,得到系统参数之间的关系,为带式啮合介质齿轮传动的动力学性能研究提供了理论依据。 2.建立了两种齿轮传动的有限元模型,对其进行模态分析,提取具有代表性的固有频率和振型进行对比分析。分析表明,带式啮合介质齿轮传动的固有频率有明显提高,更不容易发生共振；齿轮应力有明显降低,减少了轮齿齿面的疲劳损坏。在中低速、轻载工作条件下,带式啮合介质齿轮传动具有明显的优势。 3.分别改变介质带厚度、弹性模量和泊松比的数值,研究介质带参数的改变对齿轮传动性能的影响。分析发现,当介质带厚度为1.Omm时,齿轮传动具有较好的性能；小于1.Omm时,介质带很容易损坏；大于这个数值时,齿轮传动不平稳,振动加剧。齿轮振动性能随着介质带弹性模量增大而提高,随泊松比增大而降低。选取介质带材料时,应综合考虑这些因素。 4.在ANSYS Workbench中,对带式啮合介质齿轮传动系统进行动力学分析,提取介质带接触区域内一点的应力云图和应力响应曲线。分析表明,介质带没有影响齿轮传动过程中应力的变化规律,验证了新型齿轮传动系统结构的合理性。介质带参与啮合后降低了齿轮啮合刚度,增大了齿轮啮合阻尼,使得齿轮传动系统的振动幅度和振动周期发生变化。 5.对带式啮合介质齿轮传动进行疲劳寿命分析,得到整个齿轮传动系统的疲劳寿命云图,发现介质带寿命最短。分析影响介质带疲劳寿命的各种因素,提出改善介质带疲劳寿命的措施,为介质带材料的选取和制备提供理论依据。
【关键词】：齿轮传动 振动 模态分析 动力学 有限元分析
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 齿轮传动技术的发展现状及存在的问题11-14
• 1.1.1 齿轮传动技术的发展现状11-13
• 1.1.2 我国齿轮传动技术存在的问题13-14
• 1.2 本课题的研究背景及研究意义14-17
• 1.2.1 带式啮合介质齿轮传动的研究背景14-16
• 1.2.2 带式啮合介质齿轮传动的研究意义16-17
• 1.3 本文选题的目的、意义及研究的主要内容17-21
• 1.3.1 选题的目的和意义17-18
• 1.3.2 本文研究的主要内容18-21
• 2 带式啮合介质齿轮传动的振动分析21-39
• 2.1 齿轮传动系统振动的基本理论21-23
• 2.1.1 引起齿轮传动系统振动的因素21-22
• 2.1.2 振动带来的失效破坏22-23
• 2.2 普通渐开线齿轮传动系统的振动模型研究23-30
• 2.2.1 普通渐开线齿轮传动系统振动模型的建立24-26
• 2.2.2 振动模型主要参数的确定26-30
• 2.3 带式啮合介质齿轮传动振动简化模型的建立30-34
• 2.3.1 建立带式啮合介质齿轮传动系统振动模型的前提假设30-31
• 2.3.2 带式啮合介质齿轮传动系统振动简化模型的建立31-33
• 2.3.3 带式啮合介质齿轮传动系统振动简化模型中相关参数的确定33-34
• 2.4 带式啮合介质齿轮传动振动简化模型的求解方法34-38
• 2.4.1 振动微分方程的推导34-36
• 2.4.2 振动微分方程的求解方法36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 3 普通齿轮传动与带式啮合介质齿轮传动的模态分析39-63
• 3.1 模态分析基本理论39-45
• 3.1.1 模态分析的研究意义40-41
• 3.1.2 齿轮的自由度系统振动研究41-44
• 3.1.3 模态分析对研究齿轮传动的意义44-45
• 3.2 齿轮实体模型及有限元模型的建立45-49
• 3.2.1 普通渐开线齿轮实体模型的建立45-46
• 3.2.2 带式啮合介质齿轮实体模型建立46-47
• 3.2.3 有限元分析模型的建立47-49
• 3.3 有限元计算结果及分析49-57
• 3.3.1 有限元分析后提取的齿轮振型49-52
• 3.3.2 齿轮模态分析结果对比52-57
• 3.4 介质带参数对带式啮合介质齿轮传动振动性能的影响57-60
• 3.4.1 厚度的影响57-58
• 3.4.2 弹性模量的影响58-59
• 3.4.3 泊松比的影响59-60
• 3.5 本章小结60-63
• 4 带式啮合介质齿轮传动的瞬态动力学分析63-73
• 4.1 瞬态动力学方程的建立64-65
• 4.2 进行瞬态动力学分析的有限元法简介65-67
• 4.2.1 Full法65-66
• 4.2.2 Reduced法66
• 4.2.3 Mode Superposition法66-67
• 4.3 带式啮合介质齿轮传动的瞬态响应分析67-72
• 4.3.1 有限元分析模型的建立67-69
• 4.3.2 有限元计算结果及分析69-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 基于有限元法的带式啮合介质齿轮传动疲劳寿命分析73-91
• 5.1 疲劳研究的基本理论73-76
• 5.1.1 疲劳研究的发展73-75
• 5.1.2 疲劳的定义75
• 5.1.3 疲劳的分类75-76
• 5.2 疲劳设计方法76-78
• 5.3 介质带材料的S-N曲线78-81
• 5.4 疲劳累计损伤理论81-87
• 5.4.1 线性累计损伤理论81-82
• 5.4.2 修正线性累计损伤理论82-83
• 5.4.3 介质带有限元法的疲劳计算83-87
• 5.5 影响介质带疲劳寿命的因素分析87-89
• 5.5.1 复合材料配方的影响87-88
• 5.5.2 环境因素的影响88-89
• 5.5.3 力学因素的影响89
• 5.6 提高介质带疲劳寿命的措施89-90
• 5.7 本章小结90-91
• 结论与展望91-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-100
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录100-101

【参考文献】

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本文编号：422192