基于时变啮合刚度的齿轮非线性动力学的研究

发布时间：2017-09-22 05:11

  本文关键词：基于时变啮合刚度的齿轮非线性动力学的研究

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【摘要】：动力伺服刀架作为加工中心的核心部件,研究分析其齿轮传动系统的动力学特性,对数控机床的加工精度和加工效率的提高有重要意义。由于啮合刚度的时变性,使得其成为啮合过程中的主要激励形式之一,因此在对齿轮动力学分析时,考虑时变啮合刚度是非常必要的。首先,本文以渐开线直齿为对象,基于精确建模理论,通过材料力学方法进行齿轮刚度的计算。采用了最大变形量法来确定基点N,使齿轮变形量的计算结果更加精确。将计算得到齿轮时变啮合刚度与机械学会、ISO标准对比,结果非常吻合。其次,用APDL语言进行齿轮参数化建模,计算齿轮的变形量。不同的约束方法得到的齿轮变形量意义不同。利用有限元法得到的单齿变形量与理论方法得到结果非常接近。最后,考虑时变啮合刚度与齿面摩擦,齿侧间隙等因素建立了齿轮扭转振动模型。采用理论计算方法计算时变啮合刚度,易于程序化,能够很好的与动力学计算相结合。编写了MATLAB计算程序,使用Newmark-P数值解法来进行求解后,对计算结果进行分析。研究齿面摩擦以及转速对齿轮动态性能的影响,同时对齿轮动态传递误差进行灵敏度分析。
【关键词】：齿轮时变啮合刚度 有限元法 齿轮动力学 非线性
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 齿轮系统动力学简介9-13
• 1.3 本论文的主要研究内容13-15
• 第二章 直齿圆柱齿轮刚度的计算15-37
• 2.1 直齿圆柱齿轮刚度的研究进展15-17
• 2.1.1 齿轮刚度的计算方法15-16
• 2.1.2 齿轮刚度的数值计算与理论计算的比较16-17
• 2.2 几种常用的齿轮刚度定义方法17-23
• 2.2.1 机械学会定义方法17-18
• 2.2.2 ISO标准(草案)18-19
• 2.2.3 石川刚度计算方法19-20
• 2.2.4 威伯-班纳斯切克(Weber-Banaschek)刚度计算方法20-23
• 2.3 基于材料力学求解齿轮刚度的公式推导23-31
• 2.3.1 渐开线齿轮精确建模理论23-26
• 2.3.2 齿轮模型的等效转化26-27
• 2.3.3 齿轮渐开线部分变形量的计算27-29
• 2.3.4 过渡圆角和基体部分的变形量的计算29-30
• 2.3.5 局部接触变形量的计算30-31
• 2.4 基于齿轮精确建模的齿轮变形量计算31-35
• 2.4.1 最大变形量法求解齿轮变形量31-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 齿轮变形量的有限元分析37-49
• 3.1 有限元法简介37-40
• 3.1.1 有限元法的发展37
• 3.1.2 有限元理论基础37-39
• 3.1.3 有限元分析ANSYS软件简介39-40
• 3.2 基于ANSYS的渐开线齿轮变形量分析40-47
• 3.2.1 APDL渐开线齿轮精确建模40-41
• 3.2.2 有限元网格的划分41
• 3.2.3 边界条件和载荷的处理41-42
• 3.2.4 ANSYS中结果的提取42-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第四章 齿轮传动系统扭转振动分析49-69
• 4.1 一级齿轮传动的非线性扭转振动分析49-62
• 4.1.1 一级齿轮传动模型的建立49-53
• 4.1.2 摩擦力和摩擦力矩的计算53-54
• 4.1.3 传动轴的扭转阻尼和齿轮啮合阻尼的计算54-55
• 4.1.4 求解方法55-56
• 4.1.5 一级传动结果分析56-62
• 4.2 齿轮传动系统参数灵敏度分析62-67
• 4.3 本章小结67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：898949