高速重載齒輪傳動全工況動態(tài)性能分析對降低齒輪傳動的振動和噪聲具有重要的作用,發(fā)展高速重載齒輪傳動的動力學分析理論和方法將有助于實現(xiàn)高速重載齒輪國產化,提高國內自主開發(fā)能力,達到國際先進水平。本文基于齒輪嚙合原理、輪齒接觸分析、摩擦學和傳熱學、非線性系統(tǒng)動力學、計算機輔助工程、振動沖擊理論,以有限元計算方法和解析法與實驗測試相結合,用科學的建模取代半經驗的計算,用先進的動態(tài)分析取代傳統(tǒng)的靜態(tài)分析,在全工況下對高速重載齒輪傳動進行了熱彈變形分析,輪齒修形設計以及參數(shù)激勵和非線性并存的動力分析,并提出了相應的分析理論和方法。本文的主要內容如下: ⑴研究了用材料力學方法和接觸問題有限元法求解齒輪傳動的變形和剛度問題。 ⑵基于接觸問題有限元模型用摩擦學和傳熱學理論研究了齒輪本體溫度和熱變形對齒輪傳動的影響,考慮到用有限元法分析體積溫度的最大困難在于估算摩擦熱輸入和放熱系數(shù),本文對此亦作了適當討論。 ⑶在接觸分析和溫度分析的基礎上,用數(shù)值方法把二者耦合起來,采用輪齒熱彈耦合有限元分析模型,用熱彈耦合有限元法分析了相應的變形和剛度曲線,并編制調試了應用程序,從而可以很方便地求得齒輪嚙合變形及剛度曲線。 ⑷在研究修形原理的基礎上,提出了一種基于熱彈耦合變形求圓柱齒輪理想修形曲線的方法,理論計算和實踐證明,這種方法具有良好的效果。 ⑸提出了一種在綜合考慮熱彈性、間隙、制造安裝誤差、體積溫度等各種因素下的全工況動態(tài)性能分析方法,并進行全工況高速重載齒輪傳動的動態(tài)數(shù)值仿真。 ⑹利用集中參數(shù)法建立了考慮時變剛度、誤差和間隙的齒輪傳動非線性動力學模型與方程,用數(shù)值解法對微分方程求解,獲得的數(shù)值解以時域圖,頻域圖,相圖和Poincaré截面表示,得到了系統(tǒng)多諧振動響應的基本規(guī)律,從而可在設計階段預估其動態(tài)性能,使系統(tǒng)盡量避開共振頻率,對系統(tǒng)參數(shù)的變化對動態(tài)特性的影響進行了分析,得出了一些有益的結論。 ⑺建立了包含齒輪副、傳動軸、軸承和箱體在內的齒輪系統(tǒng)動力學完整的三維有限元模型,該模型較好地描述了齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性。 ⑻用I-DEAS對齒輪系統(tǒng)進行了有限元模態(tài)分析,求解了齒輪系統(tǒng)的固有特性。 ⑼對齒輪傳動非線性動力學微分方程應用諧波平衡法推導了相應的公式進行 WP=6 求解,并編制了相應的程序。同時與三維有限元模型相結合計算了在齒輪嚙合激勵下齒輪箱的動態(tài)響應,分析了齒輪系統(tǒng)的動態(tài)特性。 ⑽對實際減速器進行了高速重載下的實驗研究,得到了齒輪箱表面的振動響應分布,與有限元計算結果進行了比較,吻合良好,表明所建立模型的正確性。 論文在以下幾個方面具有創(chuàng)新性: ⑴采用熱彈耦合有限元方法得到高速重載齒輪傳動的變形和剛度曲線。提出了一種基于熱彈耦合變形確定齒輪理想修形曲線的方法。 ⑵提出了綜合考慮熱彈性、時變剛度、間隙、體積溫度等各種因素下的高速重載齒輪系統(tǒng)全工況動態(tài)性能分析方法。 ⑶用數(shù)值解法對微分方程求解,獲得的數(shù)值解以時域圖,頻域圖,相圖和Poincaré截面表示,得到了系統(tǒng)多諧振動響應的基本規(guī)律,從而可在設計階段預估其動態(tài)性能。 ⑷進行了參數(shù)激勵和非線性并存的三維齒輪系統(tǒng)的有限元動態(tài)仿真。把諧波平衡法和三維有限元法結合起來,進行全工況整個齒輪系統(tǒng)(包括傳動系統(tǒng)和結構系統(tǒng))的動態(tài)響應分析。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2004
【中圖分類】：TH132.4
【部分圖文】：

熱平衡受到諸多因素的影響，如齒輪的幾何荷、使用的潤滑劑和冷卻設備以及實際操作荷是決定輪齒溫度大小的主要因素之一。由產生的齒間載荷分配和輪齒嚙入及嚙出沖擊勻分布的，這是漸開線齒輪傳動不可避免的差和齒形誤差將加劇齒輪載荷的突變，特別偏離標準的漸開線導致齒輪產生強烈的沖擊小齒輪嚙入/嚙出沖擊和熱彈變形、制造誤擊與振動。齒面接觸力的大小及分布將直接分布并對輪齒本體溫度和瞬時溫度產生決定極其重要的，它是齒輪修形及動力學分析的算大致有三種方法，即材料力學方法、彈性料力學理論、有限元方法和有限元熱彈耦合。

+02invz(2-11)) ( )22222rF r s(2-12)gr ：基圓半徑；kr ：齒頂圓半徑；rr ：齒根載荷作用點和齒輪中心點的距離；0α ：壓力作用點沿嚙合線方向變形量之和∑δ 為：pv+δ+δ2(2-13)pv 是齒面接觸部分的變形量：bFENν)2(2-14)可分

重慶大學博士學位論文由圖中可見，熱變形使輪齒具有膨脹變形，增大了齒厚。工作齒面向外膨脹，這對輪齒的變形有一定的補償作用，可使接觸區(qū)域的變形減小，在一定程度上減緩運轉齒輪的嚙入嚙出沖擊。接觸有限元法計算的結果介于材料力學法和熱彈耦合法之間，以熱彈耦合法所得結果最小，這是熱變形對變形的補償。材料力學法計算的結果一般偏大，不過從工程實用性角度出發(fā)，其簡便、有足夠的精度，所以也不失為一種較適宜的彈性變形計算方法。由此，得到了齒輪的變形剛度曲線，這是進一步進行修形和動力分析的基礎。
【引證文獻】

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2 肖正明;土壓平衡盾構機主減速器三級行星齒輪系統(tǒng)動力學[D];重慶大學;2011年

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1 劉佳;直線式作動器中精神行星傳動的承載能力研究[D];南京理工大學;2011年

2 楊艷;修形齒輪數(shù)字化設計方法與技術[D];中南大學;2011年

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本文編號：2861852