齒輪是實現(xiàn)運動與動力變換的關(guān)鍵基礎(chǔ)件,具有恒功率傳動的特性,在很大程度上決定著裝備的性能,因此在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)中具有十分重要的戰(zhàn)略地位。我國在航天領(lǐng)域的發(fā)展已走在了世界前列,航空航天工業(yè)的迅猛發(fā)展,對齒輪傳動提出了更高的性能要求,如長壽命、高精密、高承載能力等。高性能齒輪的研究已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域中一個關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題�；A(chǔ)理論是齒輪研究的重要環(huán)節(jié),也是齒輪創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵要素。點、線、面是最基本的幾何元素�，F(xiàn)有嚙合理論中,曲面與曲面嚙合理論、曲線與曲線嚙合理論都已得到了充分的闡釋。本文開展的齒輪嚙合新理論、新技術(shù)的研究,以曲線和曲面相嚙合為出發(fā)點,建立全新的線面嚙合理論,進(jìn)而提出一種高性能的齒輪傳動形式——線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副,重點開展其基本嚙合原理,接觸特性等研究。本文的主要研究工作如下:(1)運用微分幾何原理,在曲線與曲線、曲面與曲面嚙合的基礎(chǔ)上,提出了線面接觸、線面嚙合的概念,分析了線面嚙合的多樣性,給出了線面嚙合運動三要素;對線面嚙合基本原理進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述,建立線面嚙合空間坐標(biāo)系,求解相對運動速度;通過給定曲面及曲面上的接觸曲線,推導(dǎo)給定曲線的接觸方向,進(jìn)而得出嚙合方程;利用嚙合方程,推導(dǎo)與給定曲線相嚙合的空間曲線與嚙合線;利用法截面曲線沿著空間曲線連續(xù)變化形成輪齒齒面,并建立精確三維模型;運用微分幾何知識研究線面嚙合幾何特性,驗證了空間曲線的存在性及唯一性,提出了線面嚙合曲線曲率及撓率的一般計算方法。(2)根據(jù)線面嚙合基本原理,提出了線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副;推導(dǎo)了線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪的接觸跡線、嚙合方程、共軛曲線方程以及齒輪齒面方程;根據(jù)具體齒輪參數(shù),運用MATLAB和UG軟件建立線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副的精確實體模型;利用空間曲線的同一性,提出了線面對構(gòu)齒輪副構(gòu)建的簡便方法。(3)討論了齒面不發(fā)生根切的一般條件,開展了輪齒齒面干涉分析,建立了齒面滑動率的計算理論及計算方法,論證了線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副中心距誤差適應(yīng)能力;根據(jù)線面對構(gòu)齒輪副嚙合特點,提出了重合度的計算方法;開展了線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副輪齒接觸分析(TCA),建立線面對構(gòu)齒輪副在各種中心距誤差下的數(shù)學(xué)模型,并分別求出兩齒輪的嚙合軌跡與齒輪副的傳動誤差。(4)對國際空間站對日定向機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹,并分析了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的不足之處。基于線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副,根據(jù)性能設(shè)計指標(biāo),提出了空間站對日定向機(jī)構(gòu)新型傳動方案。對新型傳動方案的中心距適應(yīng)能力、齒面接觸應(yīng)力進(jìn)行了校核計算及運動仿真,建立了對構(gòu)齒輪嚙合副有限元接觸模型,并在ANSYS中進(jìn)行求解,得到接觸分析結(jié)果,論證了線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪副的承載能力,證明了線面對構(gòu)齒輪副的點接觸嚙合特性,驗證了線面嚙合對構(gòu)齒輪副在中心距存在誤差的時候能夠連續(xù)正常傳動,其實際嚙合軌跡與理論分析一致。(5)搭建1:2縮比齒輪實驗臺,完成實驗臺安裝調(diào)試;完成了縮比樣機(jī)跑合實驗及驗證實驗。與相關(guān)研究單位合作搭建1:1模擬實驗臺,完成跑合實驗、性能實驗、壽命實驗和對比實驗。通過原理驗證實驗和實體型號實驗,充分驗證了基于線面對構(gòu)內(nèi)嚙合齒輪空間站對日定向機(jī)構(gòu)新型傳動方案的可行性,為其實現(xiàn)應(yīng)用奠定實驗基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V42;TH132.41
【部分圖文】：

者對現(xiàn)有齒輪嚙合傳動的理論科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)有齒輪要求。盡管眾多學(xué)者從不同角高。因此，從幾何學(xué)的研究入彎曲強(qiáng)度、高的接觸強(qiáng)度、高品質(zhì)傳動。狀定了齒輪傳動性能，新齒廓的控加工技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)雜者在吸收漸開線齒廓和圓弧齒齒輪傳動的創(chuàng)新做了大量有益輪輪齒的凸面與凸面相接觸，高了接觸強(qiáng)度，在工業(yè)中得到

研究了雙圓弧齒輪在諧波傳動中的應(yīng)用。②拋物線齒輪早在上世紀(jì)80年代初聞智福教授就提出了線接觸拋物線齒輪(見圖1.2)傳動的概念并申請了中國專利[69]，其發(fā)明的目的就是為大幅度提高圓柱齒輪的承載能力。

圖 1.3 圓弧齒線齒輪Fig.1.3 Gear with arc tooth-line主要是研究了刀具齒面、接觸線、共軛齒面及端面程。獲得根切界限曲線和嚙合界限曲線、誘導(dǎo)法曲觸分析、加工仿真等方面的研究。圓弧齒線圓柱盤的逐齒加工方式，在此基礎(chǔ)上馬振群等人[73]研來有人研究采用普通滾刀在 CNC 滾齒機(jī)上連續(xù)切效率并降低了成本。我國部分廠家也成功試制了、煉鋼設(shè)備等產(chǎn)品中，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。以認(rèn)為是圓齒輪的一種變型，即其滾動節(jié)圓已變1.4)。反之，也可以認(rèn)為非圓齒輪是柱形齒輪的一輪的一種特例，即圓齒輪的節(jié)曲線的曲率半徑為率半徑是變量，故由回轉(zhuǎn)中心到嚙合節(jié)點的向徑
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2841138