【摘要】： 漸開線圓柱齒輪被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè),特別是近年來在風(fēng)電增速齒輪箱中的使用,對(duì)其性能提出了更高要求。修形技術(shù)對(duì)提高齒輪箱傳動(dòng)性能有重要意義,而齒面偏差和軸線偏差是對(duì)齒輪強(qiáng)度產(chǎn)生影響的誤差因素。本文以一對(duì)風(fēng)電增速齒輪箱斜齒輪為研究對(duì)象,通過接觸有限元分析深入研究了齒輪修形的原理和方法,并分別討論了齒面偏差和軸線偏差對(duì)載荷分布的影響。 首先,從刀具齒廓方程出發(fā)推導(dǎo)了連續(xù)的各段齒廓曲線方程,實(shí)現(xiàn)快速精確地建立斜齒輪齒廓,然后從不同修形方式出發(fā),分別對(duì)局部模型和整體模型進(jìn)行建模。結(jié)合有限元理論對(duì)斜齒輪的網(wǎng)格劃分和加載等問題進(jìn)行了探討,并將局部模型加載方式與李潤(rùn)方和F.L.Litvin的方式進(jìn)行對(duì)比,以說明本文加載方式的可行性。 其次,在局部模型和整體模型接觸分析結(jié)果的基礎(chǔ)上,通過分析各變形量之間的關(guān)系深入探討了不同修形方式的原理和方法,并通過對(duì)比說明齒廓修形、修鼓和螺旋角修形的不同針對(duì)性。通過對(duì)齒廓修形后的局部模型和綜合修形后的整體模型進(jìn)行分析,表明所用修形方法能很好地減小頂刃刮行、嚙入嚙出沖擊、端面效應(yīng)和偏載現(xiàn)象。 最后,分別研究了齒面偏差和軸線偏差對(duì)斜齒輪接觸線上載荷分布的影響。將齒面偏差分解為單個(gè)齒距偏差、齒廓形狀偏差、螺旋線形狀偏差、齒廓傾斜偏差和螺旋線形狀偏差等五種相互獨(dú)立的類型,并包括了5級(jí)和7級(jí)兩個(gè)精度等級(jí),以局部模型為基礎(chǔ)進(jìn)行接觸分析,對(duì)比結(jié)果可以看出各偏差形式對(duì)齒間和齒向載荷分布的影響有很大差別,且隨精度等級(jí)和載荷大小有所不同,并具有一定程度的可疊加性。對(duì)軸線偏差的研究以整體模型為基礎(chǔ),分別針對(duì)中心距偏差、軸線平行度偏差以及軸承游隙,對(duì)平行度偏差的推薦公式提出了改進(jìn)建議,考慮軸承游隙的方法能更好地確定軸頸的實(shí)際位置,反映更加真實(shí)的嚙合狀況。 本文對(duì)斜齒輪的有限元分析突出了建模與加載的快速精確,修形數(shù)據(jù)經(jīng)企業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證顯示了較好的效果,對(duì)齒面偏差和軸線偏差的分類研究比以往更為細(xì)致,能反映出各偏差形式對(duì)載荷分布的不同影響以及相似之處,為進(jìn)一步研究誤差對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響以及設(shè)計(jì)高性能齒輪箱提供基礎(chǔ)。
【圖文】：

局部模型沿軸向或螺旋線截取對(duì)結(jié)果的影響不大【6’]，這里的研究采用了沿螺旋線方向截取的方式。由于重合度為2.66，嚙合過程中交替出現(xiàn)兩齒和三齒嚙合狀態(tài)，嚙合齒個(gè)數(shù)不會(huì)超過3，為方便研究，兩種模型都只建立了3個(gè)輪齒。兩種模型如圖3.4所示，圖中兩模型均為兩齒嚙合狀態(tài)，且處在相同的嚙合位置。a)局部建模b)整體建模圖3.4局部和整體兩種建模方式 Fig.3.4Partmodelingandfullmodeling3.2局部模型的有限元分析與齒廓修形3.2.1局部模型網(wǎng)格劃分與加載采用10節(jié)點(diǎn)四面體單元SOLID187對(duì)局部模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分時(shí)對(duì)接觸線周圍的單元進(jìn)行了細(xì)化，使得接觸半寬上的單元尺寸小于八分之一接觸半寬，在計(jì)算機(jī)資源允許的條件下盡量提高求解精度。兩齒之間的接觸問題通過建立接觸對(duì)實(shí)現(xiàn)，按照目標(biāo)面和接觸面的選擇原則，小齒輪齒廓的曲率較大，故選取大齒輪的齒廓面為目標(biāo)面，小齒輪的齒廓面為接觸面，接觸單元采用CONTA174。加載時(shí)將小齒輪底面和兩側(cè)面的節(jié)點(diǎn)完全約束

r (3.10)圖3.5為局部模型的網(wǎng)格及其加載的示意圖。a)網(wǎng)格劃分b)加載方式圖3.5局部模型的網(wǎng)格及加載示意圖 Fig.3.5MeshesandloadsofPartmodel3.2.2局部模型接觸應(yīng)力與齒根應(yīng)力分析(l)接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力分布如圖3.6所示，，可以看出，兩個(gè)輪齒沿接觸線的接觸應(yīng)力大部分地方都比較平滑，只是在起點(diǎn)或終點(diǎn)處出現(xiàn)很大變化，第一齒接觸應(yīng)力平均約為978MPa，第二齒約為1005MPa，通過Hertz公式得到的接觸應(yīng)力為1046MPa，相差約為5.2%，故認(rèn)為結(jié)果是可以接受的。兩個(gè)輪齒上的最大接觸應(yīng)力值分別位于齒頂部位和與齒頂接觸的齒根部位，最大值約為接觸線上接觸應(yīng)力平均值的2一3倍。這是由于齒頂對(duì)與其接觸的齒面產(chǎn)生了剪切作用
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH132.41

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本文編號(hào)：2619701