齒輪是動(dòng)力機(jī)械裝備的主要傳動(dòng)零件之一。非對(duì)稱齒輪是一種為了提高輪齒的抗彎曲強(qiáng)度而提出的新型齒輪。該齒輪具有承載能力大、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),開(kāi)展非對(duì)稱齒輪的研究,對(duì)航天、航空等場(chǎng)合下重載、高速齒輪的應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,以非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪為對(duì)象,研究齒面摩擦下單、雙模數(shù)非對(duì)稱齒輪的傳動(dòng)性能,探索提高非對(duì)稱齒輪傳動(dòng)性能的新方法、新理論和新技術(shù),主要研究工作如下： 1.闡述了非對(duì)稱漸開(kāi)線斜(圓錐)齒輪齒廓曲面的生成原理,推導(dǎo)出單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒條刀具的參數(shù)方程 根據(jù)非對(duì)稱齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),闡述了非對(duì)稱漸開(kāi)線斜(圓錐)齒輪齒廓曲面的生成原理,為進(jìn)一步推廣非對(duì)稱齒輪奠定了理論基礎(chǔ)；為了加快單、雙模數(shù)非對(duì)稱齒輪的研究和應(yīng)用,結(jié)合單、雙模數(shù)非對(duì)稱齒輪的特點(diǎn),推導(dǎo)出單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒條刀具的參數(shù)方程。 2.建立齒面摩擦下非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型 在考慮齒面摩擦影響的情況下,通過(guò)建立輪齒受力的數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力的數(shù)學(xué)模型,為提高齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度提供了理論依據(jù)。 3.建立齒面摩擦下非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪支座反力的數(shù)學(xué)模型 通過(guò)對(duì)輪齒受力進(jìn)行分析,在引入齒間載荷分配因數(shù)的情況下,建立齒面摩擦作用下單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪支座反力的數(shù)學(xué)模型,給出了表征齒輪支座反力波動(dòng)程度的評(píng)價(jià)指標(biāo),為提高齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性提供了理論參考。 4.建立非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒廓滑動(dòng)系數(shù)的數(shù)學(xué)模型 利用嚙合齒廓接觸點(diǎn)的公法線矢量和接觸點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度方向的法曲率,推導(dǎo)出空間嚙合狀態(tài)下,單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒廓滑動(dòng)系數(shù)的矢量計(jì)算公式；以及單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪齒廓滑動(dòng)系數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算公式；為揭示齒輪摩擦、磨損的機(jī)理提供了理論依據(jù)。 5.實(shí)現(xiàn)了非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪嚙合效率的預(yù)測(cè) 在引入輪齒嚙合點(diǎn)齒廓曲率半徑的條件下,通過(guò)對(duì)輪齒的單、雙齒嚙合情況進(jìn)行受力分析,建立任意齒間載荷分配因系數(shù)下單、雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪嚙合效率的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)各種條件下齒輪嚙合效率進(jìn)行了預(yù)測(cè),為非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)效率的確定,提供了一種快速、便捷的方法。 6.非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)了非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái),進(jìn)行了齒輪傳動(dòng)裝置噪聲和振動(dòng)加速度的測(cè)試,分析了對(duì)稱齒輪和非對(duì)稱齒輪在不同嚙合狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)性能。 研究表明,在非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力的計(jì)算中不可忽視齒面摩擦的影響；非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪在輪齒強(qiáng)度、齒廓滑動(dòng)系數(shù)、嚙合效率、振動(dòng)、噪聲等方面的性能指標(biāo)均優(yōu)于對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪；相對(duì)于單模數(shù)對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪,雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪不僅可節(jié)省材料、減輕重量、提高齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度,而且由于齒廓滑動(dòng)系數(shù)值較小,齒面磨損也較輕。與對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪相比,非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力可降低28.86%,齒根彎曲應(yīng)力可降低6.37%。在考慮齒面摩擦的情況下,非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力將增大7.51%,齒根彎曲應(yīng)力將增大7.12%。與單模數(shù)對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪相比,雙模數(shù)非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪齒面接觸應(yīng)力可降低34.74%。對(duì)于單模數(shù)非對(duì)稱齒輪,增大壓力角,齒頂滑動(dòng)系數(shù)可降低17.42%,齒根滑動(dòng)系數(shù)可降低40.28%。對(duì)于雙模數(shù)非對(duì)稱齒輪,增大壓力角,齒頂滑動(dòng)系數(shù)可降低21.81%,齒根滑動(dòng)系數(shù)可降低34.75%。對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪的嚙合效率為97.73%,而同等條件下非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪的嚙合效率為98.24%。對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪的噪聲為83.685.0 dB,而非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪噪聲72.6—73.7 dB。對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪的振動(dòng)加速度峰—峰值為4.49 G—-4.29 G,而非對(duì)稱漸開(kāi)線齒輪的振動(dòng)加速度峰—峰值為1.02G—-1.08 G。研究表明,采用非對(duì)稱齒輪能顯著提高齒輪的傳動(dòng)性能,對(duì)于高速、重載、大功率齒輪傳動(dòng)場(chǎng)合具有非常重要的意義。 本文的研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助(No.51075192)。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TH132.41
【部分圖文】：

2.1非對(duì)稱漸開(kāi)線齒廓生成原理非對(duì)稱漸開(kāi)線直齒輪齒廓曲線生成原理非對(duì)稱漸開(kāi)線是由兩條發(fā)生線沿不同半徑的基圓圓周做純滾動(dòng)時(shí)形成的。圖2.1給出了非對(duì)稱漸開(kāi)線的形成過(guò)程。當(dāng)發(fā)生線材材沿半徑為氣。的基圓圓周做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)，其上一點(diǎn)K的軌跡即為非對(duì)稱齒輪的工作側(cè)齒廓，相應(yīng)的基圓為工作側(cè)基圓。當(dāng)發(fā)生線刀N沿半徑為凡。的基圓圓周做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)，其上一點(diǎn)H的軌跡即為非對(duì)稱齒輪的非工作側(cè)齒廓，相應(yīng)的基圓為非工作側(cè)基圓。由圖2.1可得非對(duì)稱漸開(kāi)線的方程式為飯一里魚一COS儀Kd久d=tanoKd一“Kd (2.1)(2.2)牛一二竺一COS議He氏。=tanoH。一。He (2.3) (2.4)[式中，久d—工作側(cè)齒廓曲線上K點(diǎn)的展角，。K�！ぷ鱾�(cè)齒廓曲線上K點(diǎn)的壓力角

Fig.2.2For而ngoftoothsurfaeesofasyr口n〕etrieinvoluteheliealgearwithdoublePressureangles2.1.3非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面生成原理a)b)圖2.3非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面的生成Fig.2·3FOrmingoftoothsurfacesofasylnlnetricinvoluteconegearwithdoublePressureangles非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面是由兩個(gè)發(fā)生面分別繞不同底面半徑的基圓錐面做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)形成的。圖2.3給出了非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面的生成過(guò)程

Fig.2· 3FOrmingoftoothsurfacesofasylnlnetricinvoluteconegearwithdoublePressureangles非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面是由兩個(gè)發(fā)生面分別繞不同底面半徑的基圓錐面做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)形成的。圖2.3給出了非對(duì)稱漸開(kāi)線圓錐齒輪齒廓曲面的生成過(guò)程。具體為:1)以幾。為底面半徑做出非對(duì)稱漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪工作側(cè)基圓錐面，發(fā)生面1與工作側(cè)基圓錐面相切，線段產(chǎn)刀為發(fā)生面1與工作側(cè)基圓錐面的切線。當(dāng)發(fā)生面1沿著工作側(cè)基圓錐面做無(wú)滑動(dòng)的純滾動(dòng)時(shí)，點(diǎn)A的軌跡弧月A’即為非對(duì)稱漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪的工作側(cè)齒廓曲面。2)以氣。為底面半徑做出非對(duì)稱漸開(kāi)線直齒圓錐齒輪非工作側(cè)基圓錐面，發(fā)生面

【引證文獻(xiàn)】

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1 李秀蓮;趙景波;何慶;劉偉;王一新;王江濤;湯浩;;雙壓力角非對(duì)稱齒輪齒廓滑動(dòng)系數(shù)的分析[J];江蘇技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào);2012年04期

本文編號(hào)：2832758