行星式多級端面齒輪變速裝置(Multispeed Face Gears Transmission Device,簡稱MFGTD)是一種將端面齒輪引入到多級行星傳動系統(tǒng)中的新型傳動裝置,既能實現(xiàn)多種傳動比變化,靈活地擴展單級端面齒輪的速比區(qū)域;又能提效節(jié)能、精簡傳動級數(shù)、優(yōu)化支承結構、提高承載能力。本文以端面齒輪雙鼓構型設計的關鍵理論問題作為切入點,以削除嚙合干涉、提高傳動平穩(wěn)性和承載能力為目標,解決雙鼓齒面構型優(yōu)化、高精度加工與承載性能等關鍵技術問題。通過改變嚙合齒數(shù)、壓力角、輸入轉速和負載等條件對其嚙合特性、接觸強度、動態(tài)特性進行研究,優(yōu)化確立雙鼓齒面的幾何形狀和邊界條件。通過樣機的制造和齒面精度檢測,確立具備高承載能力的雙鼓齒面形貌特征參數(shù)。在此基礎上,以提升行星式MFGTD的傳動性能和變速平順性為目標,圍繞行星齒輪的均載分流特性和傳動效率開展研究,利用數(shù)值模擬方法建立了傳動誤差和傳動效率求解模型,詳細分析了各因素對其運動特性的影響。論文主要的研究包括:(1)建立雙鼓構型設計及參數(shù)敏感度分析模型。由于齒輪無法避免設計和制造誤差、受載變形以及實際嚙合過程中產生振動和偏載等諸多因數(shù)的影...

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【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 研究背景和意義
        1.2.1 研究背景
        1.2.2 研究意義
    1.3 國內外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 端面齒輪設計及嚙合性能研究現(xiàn)狀
            1.3.1.1 端面齒輪結構設計特點及加工技術研究現(xiàn)狀
            1.3.1.2 端面齒輪嚙合接觸性能研究現(xiàn)狀
            1.3.1.3 端面齒輪運動學特性研究現(xiàn)狀
            1.3.1.4 端面齒輪動力學特性研究現(xiàn)狀
        1.3.2 齒輪修形及其力學特性研究現(xiàn)狀
            1.3.2.1 齒輪鼓形修形及承載特性研究現(xiàn)狀
            1.3.2.2 鼓形齒輪碰撞沖擊特性研究現(xiàn)狀
        1.3.3 行星齒輪嚙合接觸特性及動態(tài)特性研究現(xiàn)狀
            1.3.3.1 行星齒輪結嚙合接觸特性研究現(xiàn)狀
            1.3.3.2 行星齒輪動態(tài)特性研究現(xiàn)狀
        1.3.4 行星傳動裝置傳動性能研究現(xiàn)狀
            1.3.4.1 行星傳動裝置均載特性研究現(xiàn)狀
            1.3.4.2 行星傳動裝置振動特性研究現(xiàn)狀
    1.4 國內外研究現(xiàn)狀分析
    1.5 主要研究內容和技術路線
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 主要研究內容
        1.5.3 技術路線
第二章 雙鼓齒面端面齒輪設計理論及樣機加工研究
    2.1 引言
    2.2 雙鼓齒面方程推導
        2.2.1 雙鼓修形理論
            2.2.1.1 齒廓修形
            2.2.1.2 齒向修形
            2.2.1.3 雙鼓修形
        2.2.2 圓柱齒輪雙鼓齒面方程
            2.2.2.1 修形齒條齒面方程
            2.2.2.2 齒條刀具齒輪與圓柱齒輪齒廓修形齒面方程
            2.2.2.3 刀具產形齒輪齒向修形齒面方程
            2.2.2.4 圓柱齒輪雙鼓齒面方程
        2.2.3 端面齒輪雙鼓齒面方程
            2.2.3.1 刀具齒輪與端面齒輪嚙合處的相對坐標系的建立與轉換
            2.2.3.2 刀具齒輪與端面齒輪嚙合處的相對速度
            2.2.3.3 雙鼓齒面嚙合方程
            2.2.3.4 端面齒輪雙鼓齒面方程的建立
    2.3 端面齒輪雙鼓齒面構型仿真
        2.3.1 單級端面齒輪修形建模
        2.3.2 多級端面齒輪裝配建模
    2.4 端面齒輪復雜曲面多軸聯(lián)動數(shù)控銑銷加工方法研究
        2.4.1 數(shù)控銑銷加工機理
        2.4.2 端面齒輪數(shù)控銑銷加工方法
            2.4.2.1 刀位嚙合計算
            2.4.2.2 機床參數(shù)變換
        2.4.3 加工誤差對端面齒輪齒面精度的影響
            2.4.3.1 刀具齒面誤差的影響
            2.4.3.2 刀具軸向竄動誤差影響
            2.4.3.3 刀具徑向跳動誤差影響
            2.4.3.4 工件擺動誤差影響
            2.4.3.5 機床各軸運動誤差影響
    2.5 實物樣機加工
    2.6 本章小結
第三章 雙鼓齒面端面齒輪嚙合性能及接觸強度特性分析
    3.1 引言
    3.2 雙鼓齒面端面齒輪接觸模型
        3.2.1 端面齒輪雙鼓齒面點接觸傳動接觸軌跡
        3.2.2 端面齒輪加載時的接觸區(qū)域
        3.2.3 端面齒輪加載接觸變形計算
        3.2.4 端面齒輪加載齒間載荷分配
        3.2.5 端面齒輪齒面接觸應力分析
    3.3 雙鼓齒面端面齒輪強度條件
        3.3.1 端面齒輪齒面接觸強度
        3.3.2 端面齒輪齒根彎曲強度
    3.4 端面齒輪TCA有限元分析模型
        3.4.1 靜態(tài)接觸控制方程及接觸條件
            3.4.1.1 靜力學基本控制方程
            3.4.1.2 法向接觸條件
            3.4.1.3 切向接觸條件
            3.4.1.4 靜態(tài)接觸受力條件
        3.4.2 靜載條件下的強度特性有限元分析
        3.4.3 鼓形量對嚙合接觸強度的影響
        3.4.4 摩擦系數(shù)對嚙合接觸強度的影響
        3.4.5 端面齒輪固有特性分析
            3.4.4.1 鼓形量的模態(tài)特征分析
            3.4.4.2 齒面摩擦系數(shù)的模態(tài)特征分析
    3.5 端面齒輪LTCA模型
        3.5.1 動態(tài)接觸控制方程及接觸條件
            3.5.1.1 完全Lagrange方程
            3.5.1.2 罰函數(shù)方程
            3.5.1.3 動態(tài)接觸時的有效載荷
        3.5.2 鼓形量對加載嚙合接觸強度的影響
        3.5.3 摩擦系數(shù)對加載嚙合接觸強度的影響
        3.5.4 轉速對加載嚙合接觸強度的影響
    3.6 多級端面齒輪VSII模型
        3.6.1 級間沖擊模型的建立
            3.6.1.1 嚙合沖擊速度
            3.6.1.2 嚙合沖擊動能
            3.6.1.3 嚙合沖擊力
        3.6.2 VSII模型假設
        3.6.3 變速級間沖擊強度特性分析
    3.7 本章小結
第四章 端面齒輪的耦合動力學特性分析
    4.1 引言
    4.2 多級端面齒輪耦合振動模型的建立
        4.2.1 單/多級耦合振動模型
        4.2.2 耦合振動方程
    4.3 耦合振動模型動態(tài)特性主要表征參數(shù)
        4.3.1 等效質量
        4.3.2 綜合嚙合剛度
            4.3.2.1 圓柱齒輪嚙合剛度
            4.3.2.2 端面齒輪嚙合剛度
            4.3.2.3 端面齒輪副綜合嚙合剛度
        4.3.3 等效支承剛度
            4.3.3.1 圓柱齒輪支承剛度
            4.3.3.2 端面齒輪支承剛度
        4.3.4 等效阻尼
            4.3.4.1 等效嚙合阻尼
            4.3.4.2 扭轉阻尼
            4.3.4.3 支承阻尼
    4.4 傳動系統(tǒng)激勵影響分析
        4.4.1 系統(tǒng)內部主要激勵
            4.4.1.1 綜合傳動誤差激勵
            4.4.1.2 齒面摩擦激勵
            4.4.1.3 時變剛度激勵
            4.4.1.4 齒側間隙激勵
        4.4.2 外部主要激勵
            4.4.2.1 加載轉速激勵
            4.4.2.2 負載激勵
    4.5 端面齒輪耦合振動微分方程求解
        4.5.1 耦合振動微分動力學方程求解方法
        4.5.2 主要參數(shù)定義及選取
        4.5.3 端面齒輪線性動力學特性分析
            4.5.3.1 變速級數(shù)對系統(tǒng)線性動力學特性的影響
            4.5.3.2 摩擦系數(shù)對系統(tǒng)線性動力學特性的影響
            4.5.3.3 加載轉速對系統(tǒng)線性動力學特性的影響
        4.5.4 端面齒輪非線性動力學特性分析
            4.5.4.1 摩擦系數(shù)對系統(tǒng)非線性動力學特性的影響
            4.5.4.2 傳動誤差對系統(tǒng)非線性動力學特性的影響
            4.5.4.3 激勵頻率對系統(tǒng)非線性動力學特性的影響
    4.6 本章小結
第五章 行星式多級端面齒輪變速裝置傳動性能研究
    5.1 引言
    5.2 傳動原理及變速機理分析
    5.3 傳動比及運動關系分析
    5.4 功率流與傳動效率分析
        5.4.1 各構件的功率流分析
        5.4.2 系統(tǒng)構件間的功率分配關系
        5.4.3 傳動效率的計算公式
            5.4.3.1 嚙合傳動效率分析
            5.4.3.2 傳動比對嚙合效率的影響
            5.4.3.3 端面齒輪齒數(shù)對嚙合效率的影響
            5.4.3.4 壓力角對嚙合效率的影響
            5.4.3.5 摩擦系數(shù)對嚙合效率的影響
        5.4.4 功率流分配關系對傳動效率的影響
    5.5 靜力學均載特性分析
        5.5.1 差動輪/行星輪個數(shù)對靜力學均載特性的影響
        5.5.2 齒數(shù)對靜力學均載特性的影響
        5.5.3 輸入扭矩對靜力學均載特性的影響
    5.6 動力學均載特性分析
        5.6.1 各構件動態(tài)嚙合力求解
        5.6.2 傳動系統(tǒng)的動力學均載系數(shù)分析
        5.6.3 動力學均載系數(shù)主要影響因素
            5.6.3.1 差動輪/行星輪布置個數(shù)及安裝角度的影響
            5.6.3.2 綜合誤差的影響
            5.6.3.3 嚙合剛度的影響
            5.6.3.4 輸入轉速的影響
    5.7 本章小結
第六章 多級端面齒輪表面精度檢測及傳動性能實驗驗證
    6.1 引言
    6.2 雙鼓齒面齒面精度檢測
        6.2.1 齒面偏差及齒面接觸區(qū)域測量
        6.2.2 三坐標儀齒面檢測
        6.2.3 給定采樣點數(shù)量進行齒面自適應采樣
        6.2.4 端面齒輪齒面檢測試驗分析
            6.2.4.1 加工精度檢測
            6.2.4.2 嚙合齒面誤差檢測
            6.2.4.3 負載變形量檢測
    6.3 多級端面齒輪變速裝置傳動性能實驗
        6.3.1 實驗條件及原理
        6.3.2 傳動誤差實驗結果分析
        6.3.3 傳動效率實驗結果分析
        6.3.4 變速條件下的運動學特性分析
            6.3.4.1 減速過程的傳動誤差
            6.3.4.2 加速過程的傳動誤差
            6.3.4.3 減速過程的傳動效率
            6.3.4.4 加速過程的傳動效率
    6.4 多級端面齒輪變速裝置振動特性試驗
        6.4.1 實驗條件及原理
        6.4.2 輸入轉速對振動特性的影響
            6.4.2.1 一級端面齒輪不同輸入轉速條件下的振動特性結果分析
            6.4.2.2 二級端面齒輪不同輸入轉速條件下的振動特性結果分析
            6.4.2.3 三級端面齒輪不同輸入轉速條件下的振動特性結果分析
        6.4.3 負載對振動特性的影響
            6.4.3.1 一級端面齒輪不同負載條件下的振動特性結果分析
            6.4.3.2 二級端面齒輪不同負載條件下的振動特性結果分析
            6.4.3.3 三級端面齒輪不同負載條件下的振動特性結果分析
    6.5 本章小結
總結與展望
    全文總結
    主要貢獻和創(chuàng)新點
    研究展望
參考文獻
攻讀博士學位期間取得的研究成果
致謝
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本文編號：3766787