【摘要】：齒輪作為機械結構中應用最為廣泛的傳動部件,其傳動效率的高低也將決定整個機械系統(tǒng)能源利用效率的優(yōu)劣。隨著現(xiàn)代社會對節(jié)能減排要求的不斷提高,設計高效率齒輪傳動系統(tǒng)具有著重要的意義。本文以齒輪系統(tǒng)嚙合效率計算方法為研究目標,考慮齒輪修形因素的影響,建立了齒輪嚙合效率計算模型,并進行了優(yōu)化分析。本文主要工作如下:首先,基于有限元方法建立了齒輪載荷分布模型,獲得時變嚙合剛度、齒面載荷分布與齒間載荷分布規(guī)律;采用基于彈流潤滑理論的時變摩擦系數(shù)模型,建立齒輪嚙合功率損失的計算方法;同時,考慮齒輪風阻功率損失、攪油功率損失與軸承摩擦功率損失,建立齒輪系統(tǒng)的傳動效率計算方法。然后,考慮齒廓修形、齒向修形與齒距誤差,建立計入修形的齒輪嚙合效率計算方法,且分析了誤差與修形因素對齒輪嚙合效率的影響規(guī)律。結果表明,齒距誤差與齒廓修形會改變齒輪齒間載荷分布特性,但對齒輪嚙合效率影響較小;齒向修形會降低齒輪嚙合剛度,并且能夠提升齒輪嚙合效率。接著,進行了結構參數(shù)、工況參數(shù)、修形參數(shù)對齒輪嚙合剛度、嚙合效率的影響靈敏度分析,形成了從優(yōu)化齒輪嚙合剛度與嚙合效率角度出發(fā)的齒輪設計參數(shù)的選擇原則。通過算例分析,驗證了優(yōu)化方法的有效性。最后,開發(fā)齒輪系統(tǒng)的傳動效率計算軟件,能對直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、行星齒輪箱的功率損失進行計算,具有一定的通用性。
【圖文】：

圖 1.1 齒輪驅動風扇發(fā)動機 圖 1.2 高精汽車變速箱目前在國內(nèi)機械設計與制造領域，絕大多數(shù)工程實踐中為求簡便，設計者均通過參考試驗經(jīng)驗值或查閱相關標準的方法來確定傳動效率數(shù)值，這種方法對于占比較小的風阻、攪油或軸承功率損失的計算尚可滿足精度要求，但對于占比較大的齒輪嚙合效率必將是不準確的，嚴重時將會產(chǎn)生極大的設計誤差[4]。通過實驗數(shù)據(jù)處理得到的齒輪嚙合效率經(jīng)驗公式或經(jīng)驗數(shù)值在理論方面也缺少對其本質規(guī)律的基礎研究[5]。這些處理方法對齒輪嚙合效率的計算與優(yōu)化缺乏理論推導與分析，并且尚未完全考慮所有結構、工況及修形等因素。在此背景下，建立準確的齒輪嚙合效率計算模型，綜合考慮齒輪修形方式對其影響，并基于結構參數(shù)、工況參數(shù)與修形參數(shù)進行齒輪嚙合效率的設計方法研究，對于齒輪系統(tǒng)傳動效率的提升具有極大的推動意義。1.2 齒輪傳動效率研究現(xiàn)狀齒輪傳動系統(tǒng)中，最為主要的功率損失形式有四種，嚙合功率損失、攪油功率損失、風阻功率損失及軸承摩擦功率損失。其中，嚙合功率損失是最為主要的形式，也是本文中所要討論研究的重點。另外三種功率損失形式在整體功耗中一般占比不大，且針對這三種功率損失形式的計算方法已有成熟的試驗基礎與經(jīng)驗公式可供參考。

圖 1.1 齒輪驅動風扇發(fā)動機 圖 1.2 高精汽車變速箱目前在國內(nèi)機械設計與制造領域，絕大多數(shù)工程實踐中為求簡便，設計者均通過參考試驗經(jīng)驗值或查閱相關標準的方法來確定傳動效率數(shù)值，，這種方法對于占比較小的風阻、攪油或軸承功率損失的計算尚可滿足精度要求，但對于占比較大的齒輪嚙合效率必將是不準確的，嚴重時將會產(chǎn)生極大的設計誤差[4]。通過實驗數(shù)據(jù)處理得到的齒輪嚙合效率經(jīng)驗公式或經(jīng)驗數(shù)值在理論方面也缺少對其本質規(guī)律的基礎研究[5]。這些處理方法對齒輪嚙合效率的計算與優(yōu)化缺乏理論推導與分析，并且尚未完全考慮所有結構、工況及修形等因素。在此背景下，建立準確的齒輪嚙合效率計算模型，綜合考慮齒輪修形方式對其影響，并基于結構參數(shù)、工況參數(shù)與修形參數(shù)進行齒輪嚙合效率的設計方法研究，對于齒輪系統(tǒng)傳動效率的提升具有極大的推動意義。1.2 齒輪傳動效率研究現(xiàn)狀齒輪傳動系統(tǒng)中，最為主要的功率損失形式有四種，嚙合功率損失、攪油功率損失、風阻功率損失及軸承摩擦功率損失。其中，嚙合功率損失是最為主要的形式，也是本文中所要討論研究的重點。另外三種功率損失形式在整體功耗中一般占比不大，且針對這三種功率損失形式的計算方法已有成熟的試驗基礎與經(jīng)驗公式可供參考。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41

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本文編號：2633592