發(fā)布時間：2017-05-24 04:14

  本文關(guān)鍵詞：漸開線直齒錐齒輪修形設計及齒形優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：齒輪由于具有良好的傳動性能，而且便于制造、安裝、測量和互換使用，因此被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。其中，漸開線直齒錐齒輪常用在汽車差速器等相交軸傳動的零部件中，其傳動質(zhì)量會直接影響整個齒輪系統(tǒng)的工作性能。隨著工業(yè)對齒輪傳遞運動的準確性、傳動平穩(wěn)性及承載均勻性要求的提高，有必要對齒輪傳動的動態(tài)特性進行深入研究。 齒輪系統(tǒng)在工作中受制造安裝誤差、彈性變形及熱變形等因素的影響，會導致齒輪在嚙合時產(chǎn)生嚴重的嚙入嚙出沖擊、載荷過渡不平穩(wěn)和“端嚙”應力集中現(xiàn)象。然而，通過齒輪的修形技術(shù)能有效的改善以上現(xiàn)象，同時擴寬漸開線齒輪的應用范圍，提高齒輪的傳動品質(zhì)。針對于此，本文以精鍛漸開線直齒錐齒輪為研究對象，以齒輪嚙合原理、齒輪修形理論及有限元理論為基礎(chǔ)，借助計算機三維實體建模技術(shù)、數(shù)值仿真技術(shù)，以提高齒輪嚙合過程中的傳動平穩(wěn)性和均化輪齒載荷為目的，通過深入研究直齒錐齒輪在嚙合過程中的彈性變形及應力分布，獲得修形對錐齒輪動態(tài)特性的影響，以得到具有良好修形效果的輪齒齒形。針對具體的工況對錐齒輪進行目標變曲率曲面修形，以期獲得理想的修形效果，完善漸開線直齒錐齒輪修形理論。 本文首先根據(jù)錐齒輪基本結(jié)構(gòu)參數(shù)和空間球面漸開線方程，基于SolidWorks建立精確的錐齒輪三維實體模型，解決了用背錐漸開線代替空間球面漸開線精度不足的問題。基于赫茲理論及材料力學理論分析了齒輪的受載變形與應力情況，并介紹了有限元理論，而后基于ANSYS/LS-DYNA建立了錐齒輪副有限元模型，并對其進行動態(tài)接觸有限元仿真，為修形錐齒輪的實體建模、有限元建模及仿真分析提供基礎(chǔ)。 本課題組雖然在漸開線直齒錐齒輪等距修形設計及工藝方面做過較深入的研究，但是尚未總結(jié)出在特定工況下的最優(yōu)修形參數(shù)，即合理確定等距修形位置、修形量及修形高度。因此，本文采用經(jīng)驗法選取合理范圍內(nèi)的參數(shù)，利用正交試驗設計對錐齒輪的等距修形進行優(yōu)化研究，得出了等距修形的各修形因素對錐齒輪動態(tài)特性的影響程度及最優(yōu)等距修形參數(shù)，并與傳統(tǒng)的中心對稱鼓形修形對比綜合修形效果，得出了所給工況下的最佳修形齒形，為完善漸開線直齒錐齒輪修形理論提供參考。 在工作中的錐齒輪副會受到各種安裝、制造誤差及復雜載荷的影響，導致輪齒載荷分布及變形十分復雜，沿齒寬方向上的輪齒誤差也不完全按對稱圓弧鼓形分布。因此，采用等距修形和傳統(tǒng)等半徑對稱圓弧鼓形修形雖然都能在一定程度上改善沖擊和載荷分布狀態(tài)，但是不能達到具體工況下的理想修形效果。本文考慮輪軸彈性變形對齒輪修形的影響，結(jié)合具體工況對錐齒輪進行目標變曲率曲面修形以獲得理想的修形效果。 考慮變曲率曲面修形的復雜性，利用常規(guī)空間球面漸開線拉伸掃掠標準齒輪模型齒面去除材料的方法已經(jīng)不能滿足精確變曲率鼓形修形錐齒輪建模的要求，同時這種方法不能實現(xiàn)變曲率鼓形修形錐齒輪的參數(shù)化建模。因此，本文推導出變曲率鼓形修形齒面方程，，綜合利用ANSYS/LS-DYNA、Imageware、Matlab及SolidWorks等工具在造型方面不同的優(yōu)勢，基于三維實體建模技術(shù)、有限元技術(shù)、反求建模技術(shù)等，提出了針對具體工況考慮齒輪軸的彈性變形進行目標變曲率曲面修形錐齒輪精確三維實體造型的方法，保證了后續(xù)有限元仿真的精度，同時為實現(xiàn)變曲率鼓形修形錐齒輪模型的參數(shù)化建模提供理論基礎(chǔ)。最后，通過對所研究錐齒輪副的動態(tài)接觸有限元仿真，驗證了變曲率曲面修形的必要性與優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：漸開線直齒錐齒輪 齒形修形 有限元仿真分析 正交優(yōu)化設計 目標變曲率曲面修形
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.413
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 引言13-14
• 1.2 論文研究的來源、目的及意義14-15
• 1.2.1 論文研究來源14
• 1.2.2 論文研究目的及意義14-15
• 1.3 齒輪修形理論15-19
• 1.3.1 齒輪噪聲與齒廓修形15-17
• 1.3.2 齒輪承載能力與齒向修形17-18
• 1.3.3 齒輪的綜合修形及其修形形式18-19
• 1.4 課題研究現(xiàn)狀19-23
• 1.4.1 關(guān)于齒輪修形技術(shù)的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.2 齒輪接觸有限元分析及齒形優(yōu)化研究現(xiàn)狀21-23
• 1.5 本文研究內(nèi)容23-27
• 第二章 漸開線直齒錐齒輪修形設計的研究基礎(chǔ)27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 齒輪接觸問題經(jīng)典力學解法及數(shù)值解法27-33
• 2.2.1 齒輪接觸問題的解析解法及修形量的確定方法27-32
• 2.2.2 有限元法基本原理32-33
• 2.3 ANSYS/LS-DYNA 簡介33-37
• 2.3.1 LS-DYNA 接觸分析類型34-35
• 2.3.2 LS-DYNA 接觸算法35-37
• 2.4 對齒輪進行動態(tài)接觸有限元分析的必要性37
• 2.5 本章小結(jié)37-39
• 第三章 漸開線直齒錐齒輪的數(shù)字化技術(shù)研究39-51
• 3.1 引言39
• 3.2 基于 SolidWorks 的漸開線直齒錐齒輪三維實體精確建模39-42
• 3.2.1 球面漸開線的形成及其數(shù)學方程39-40
• 3.2.2 漸開線直齒錐齒輪精確三維實體造型及裝配40-42
• 3.3 基于 ANSYS/LS-DYNA 的漸開線直齒錐齒輪有限元分析流程42-43
• 3.4 基于 ANSYS/LS-DYNA 的漸開線直齒錐齒輪動態(tài)接觸有限元仿真43-48
• 3.4.1 動態(tài)接觸有限元仿真模型的建立43-47
• 3.4.2 動態(tài)仿真結(jié)果及后處理47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-51
• 第四章 漸開線直齒錐齒輪齒形修形參數(shù)的優(yōu)化設計研究51-63
• 4.1 直齒錐齒輪等距修形參數(shù)的正交試驗設計51-53
• 4.1.1 直齒錐齒輪等距修形51-52
• 4.1.2 正交試驗設計因素及水平的確定52-53
• 4.1.3 正交表的表頭設計53
• 4.2 等距修形正交試驗設計的有限元結(jié)果分析53-57
• 4.2.1 極差分析53-55
• 4.2.2 最優(yōu)等距修形錐齒輪模型的動態(tài)響應分析55-56
• 4.2.3 最優(yōu)等距修形錐齒輪模型的齒向應力分布結(jié)果分析56-57
• 4.3 中心對稱等半徑圓弧鼓形修形57-61
• 4.3.1 鼓形齒的設計及鼓形量的確定57-59
• 4.3.2 中心對稱等半徑圓弧鼓形修形錐齒輪模型的動態(tài)響應分析59-60
• 4.3.3 中心對稱等半徑圓弧鼓形修形錐齒輪模型的齒向應力結(jié)果分析60-61
• 4.4 綜合性能最佳的修形參數(shù)的確定61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 漸開線直齒錐齒輪變曲率曲面修形技術(shù)研究63-75
• 5.1 引言63
• 5.2 帶長軸標準漸開線直齒錐齒輪三維實體建模及其動態(tài)接觸有限元模型的建立63-64
• 5.3 漸開線直齒錐齒輪變曲率曲面修形64
• 5.4 便于實現(xiàn)參數(shù)化的變曲率曲面修形錐齒輪的精確建模64-70
• 5.4.1 輪齒齒向彈性變形量的有限元分析及變曲率曲線擬合65-66
• 5.4.2 變曲率曲面修形齒面方程的建立66-69
• 5.4.3 基于 Matlab 的變曲率曲面修形齒面的繪制及齒面數(shù)據(jù)提取69
• 5.4.4 基于 Imageware 和 SolidWorks 的變曲率曲面修形錐齒輪模型重構(gòu)69-70
• 5.5 基于 ANSYS/LS-DYNA 的錐齒輪副動態(tài)接觸有限元結(jié)果分析70-73
• 5.5.1 帶長軸未修形錐齒輪模型的有限元結(jié)果分析70-71
• 5.5.2 不同修形形式的帶長軸錐齒輪模型的有限元結(jié)果分析71-73
• 5.5.2.1 帶長軸中心對稱鼓形修形錐齒輪模型的有限元結(jié)果分析71
• 5.5.2.2 帶長軸等距修形錐齒輪模型的有限元結(jié)果分析71-72
• 5.5.2.3 變曲率曲面修形錐齒輪模型的有限元結(jié)果分析72
• 5.5.2.4 幾種修形效果的比較72-73
• 5.6 本章小結(jié)73-75
• 第六章 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 結(jié)論75-76
• 6.2 展望76-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-83
• 附錄83

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：漸開線直齒錐齒輪修形設計及齒形優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：389809