齿轮的啮合弹性变形与弧齿圆柱齿轮修形方法的研究

论文摘要

齿轮传动具有传动功率范围大、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、.传动比稳定等特点,被广泛地应用于汽车、工程机械、机床、风力发电设备等诸多领域。在机械传动装置中,齿轮的性能和寿命直接影响着机电产品的性能和可靠性。尽管在最近几十年来齿轮的设计制造技术已经大大提高,先后出现了渐开线圆柱直齿、斜齿、人字形齿等各种齿线形式的齿轮传动。但是齿轮传动机构的振动与噪声制约着齿轮传动技术的发展。因此提高齿轮副传动平稳性的研究是十分必要的。无论采用何种精确的标准齿形曲线(如渐开线、摆线、圆弧或其它曲线),以及提高安装精度,但是由于轮齿在啮合传动力作用下产生的弹性变形,使得齿轮副沿啮合线的静态共轭齿廓的共轭关系遭到破坏,不可避免地引起振动和噪声,影响齿轮传动的平稳性与使用寿命。所以本文的重点是通过计算弹性变形量来研究轮齿的啮合弹性变形对齿轮传动的平稳性的影响,并探索通过综合修形的方法来提高齿轮传动质量。本文分析了齿轮副啮合传动的特性,利用材料力学和微分几何学的相关知识重点研究了齿轮弹性变形量的计算方法,推导出更为简明的计算公式；并发现齿轮弹性变形会导致基节误差,从而引起啮入冲击和啮出冲击。针对齿轮传动过程中的弹性变形,以及考虑实际工况中的安装误差,本文提出了一种新型的修形方法——综合修形,并以直齿为例,推导出相关修形参数的计算公式。在此基础之上,重点研究和推导弧齿圆柱齿轮的弹性变形和综合修形量的计算。并结合齿轮副在实际工况下的传动状态,通过有限元方法分析直齿、弧齿在综合修形前后的应变和应力值,从而验证综合修形改善了齿面的受力状态。本文以轮齿啮合弹性变形为出发点,提出综合修形这一新型的修形方法,有效减少轮齿啮入啮出的冲击、保证轮齿啮合平稳过渡,既可以解决弹性变形对基节带来的误差影响,又可以有效减小安装误差对啮合传动的影响。相信随着研究工作的不断深入,修形参数将不断完善,在实际的齿轮副传动过程中,综合修形对降低啮合冲击具有明显的优势,更是有利于传动平稳性的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 齿轮传动技术的研究现状及发展趋势
• 1.3 轮齿啮合弹性变形量的计算方法
• 1.4 齿轮修形技术的研究进展
• 1.4.1 齿廓修形
• 1.4.2 齿向修形
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容
• 1.5.1 本课题研究意义
• 1.5.2 本课题主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 齿轮副啮合特征分析
• 2.1 齿轮副啮合齿廓
• 2.1.1 齿廓啮合基本定理
• 2.1.2 共轭齿廓
• 2.2 轮齿受载特性
• 2.2.1 齿面受载特性与啮合冲击
• 2.2.2 轮齿受载弹性变形分析
• 2.3 齿轮弹性啮合的动力学分析
• 2.3.1 齿轮副弹性啮合的动力学模型
• 2.3.2 齿轮的啮合的动力学方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 轮齿弹性变形的计算与分析
• 3.1 轮齿弯曲变形的计算
• 3.1.1 直齿轮弯曲变形量的计算
• 3.1.2 斜齿轮弯曲变形量的计算
• 3.2 轮齿接触变形的计算
• 3.2.1 直齿轮接触变形量的计算
• 3.2.2 斜齿轮接触变形量的计算
• 3.3 综合弹性变形量与齿高的关系
• 3.3.1 综合弹性变形量的计算
• 3.3.2 综合弹性变形量与齿高的关系
• 3.4 轮齿弹性变形对基节的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 综合修形方法的研究
• 4.1 综合修形的原理
• 4.1.1 轮齿修形的基本原理
• 4.1.2 目前齿廓和齿向修形的不足
• 4.1.3 综合修形的修形原理
• 4.2 综合修形的设计研究
• 4.2.1 综合修形的设计准则
• 4.2.2 综合修形曲线的性质
• 4.2.3 修形参数的确定
• 4.3 直齿轮的综合修形
• 4.3.1 修形方式的确定
• 4.3.2 综合修形的结构设计
• 4.3.3 综合修形曲线的函数方程式
• 4.3.4 综合修形量的计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 弧齿的啮合原理与综合修形
• 5.1 渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面啮合特性
• 5.1.1 渐开线弧齿圆柱齿轮的理想几何参数
• 5.1.2 共轭齿面方程和啮合线方程
• 5.1.3 接触线方程
• 5.1.4 重合度的计算
• 5.2 渐开线弧齿圆柱齿轮的弹性变形
• 5.2.1 渐开线弧齿圆柱齿轮弯曲变形量的计算
• 5.2.2 渐开线弧齿圆柱齿轮接触变形量的计算
• 5.3 渐开线弧齿圆柱齿轮的综合修形
• 5.3.1 综合修形曲线的函数方程式
• 5.3.2 综合修形量的确定
• 5.4 本章小结
• 第六章 轮齿修形的有限元分析
• 6.1 ANSYS有限元分析过程
• 6.2 综合修形前后的啮合状态比较
• 6.2.1 直齿综合修形前后的有限元分析
• 6.2.2 弧齿综合修形前后的有限元分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 工作总结和展望
• 7.1 研究工作总结与主要创新点
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录