双圆弧修正摆线齿轮行星轮系啮合性能的研究

论文摘要

目前,摆线齿轮主要应用于钟表、仪器和仪表中,它具有体积小、无根切、传动平稳、重合度大等优点,更多地被应用到一些精度要求很高的场合,尤其在军械、钟表等行业应用广泛。工程中主要使用修正摆线齿轮,目前有三种常用的修正摆线齿轮：钟表齿轮、双圆弧修正摆线齿轮及摆线针轮。由于对双圆弧修正摆线齿轮缺乏系统性的理论研究,本论文将针对双圆弧修正摆线齿轮的啮合性能进行研究。双圆弧修正摆线齿轮的加工特点为：模数相同,齿数不同的双圆弧齿轮,可以用同一把滚刀滚切,使滚刀品种可以减少,大大降低了加工成本。传动特点为：啮合齿廓为内外凸凹圆弧面接触,其接触面积大,接触应力小,传动效率高；传动过程中,传动比为定值,传动平稳、可靠；侧隙和顶隙较大,传动灵活；齿顶高和齿根高较小,不容易卡滞；轮齿根部有较宽的齿厚,提高了轮齿根部的弯曲强度。本文首先建立了齿轮齿廓的参数化数学模型,用UG三维软件建立了齿轮模型。其次,本文主要研究轮齿的接触性能,传统的齿轮接触是建立在Hertz理论上的,Hertz模型是从物体的宏观特性进行研究的,能较正确地反映两接触齿轮的应力状态,但没有考虑接触体的表面微观特性,如接触表面的形貌特征及其表面粗糙度等对接触强度的影响,而分形理论对齿轮接触的微观特性提供了较好的研究,充分考虑到两齿轮的微观特性因素。本文将从宏观和微观两个方面出发对双圆弧修正摆线齿轮的轮齿接触强度进行研究,利用分形理论研究齿轮啮合的接触强度,利用有限元软件UG/NAS TRAN进行有限元分析；再次,基于FE-safe软件对齿轮的接触疲劳寿命进行分析,并对疲劳寿命进行了预测；最后,基于ADAMS对齿轮的动力学性能进行分析,提取相关数据的图表进行分析。通过本论文的研究,有助于齿轮加工制造的优化设计,并为实际加工制造中设计效率、产品质量及可靠性的提高提供了理论依据,促使双圆弧修正摆线齿轮更广泛地应用于高接触强度、高寿命的齿轮传动系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外研究背景与现状
• 1.1.1 渐开线齿轮的研究背景及现状
• 1.1.2 圆弧齿轮的研究背景及现状
• 1.1.3 摆线齿轮的研究背景及现状
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 本课题的主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 论文的主要研究内容
• 1.3.2 论文的技术路线
• 第二章 摆线齿轮传动特性及数学模型
• 2.1 摆线齿轮及双圆弧修正摆线齿轮传动特性的研究
• 2.1.1 摆线齿轮的传动特性
• 2.1.2 双圆弧修正摆线齿轮的传动特性
• 2.2 摆线齿轮及双圆弧修正摆线齿轮齿廓的数学模型
• 2.2.1 摆线齿轮数学模型
• 2.2.2 双圆弧修正摆线的数学模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 双圆弧修正摆线齿轮接触强度的研究
• 3.1 齿轮接触问题理论基础
• 3.2 分形理论
• 3.2.1 分形维数
• 3.2.2 分形维数的计算方法
• 3.3 表面接触问题的理论基础
• 3.3.1 接触问题的基本方程
• 3.3.2 微凸体表面接触的修正Hertz模型
• 3.3.3 分形理论在机械工程中的应用
• 3.3.4 M-B表面分形模型的建立
• 3.4 基于分形理论建立齿轮内啮合接触模型
• 3.4.1 两任意曲面接触的基本模型
• 3.4.2 粗糙表面的分形表征
• 3.4.3 齿轮表面接触分形模型的建立
• 3.4.4 微观尺度上的弹性接触模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 双圆弧修正摆线齿轮接触强度的实例验证
• 4.1 基于UG的双圆弧修正摆线齿轮参数化建模
• 4.1.1 UG参数化建模理论概述
• 4.1.2 UG/NX环境下的双圆弧修正摆线齿轮建模
• 4.1.3 双圆弧修正摆线齿轮的精确创建
• 4.1.4 双圆弧修正摆线齿轮的实体建模
• 4.2 基于UG/NASTRAN环境下的齿轮的仿真分析
• 4.2.1 NASTRAN简介及有限元思想
• 4.2.2 UG有限元分析流程
• 4.2.3 基于UG/NX NASTRAN齿轮接触应力仿真分析
• 4.3 基于传统Hertz模型的齿轮接触应力计算
• 4.3.1 中心轮与行星轮啮合的接触应力
• 4.3.2 内齿圈与行星轮啮合的接触应力
• 4.4 基于分形模型的齿轮接触应力计算
• 4.5 接触应力计算结果的分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 双圆弧修正摆线齿轮疲劳寿命的研究
• 5.1 疲劳研究的理论基础
• 5.1.1 疲劳问题概述
• 5.1.2 疲劳的分类及工程评价
• 5.1.3 疲劳寿命分析方法
• 5.2 FE-safe软件理论基础
• 5.2.1 FE-safe软件概述
• 5.2.2 基于S-N曲线的疲劳寿命估算的理论基础
• 5.3 基于FE-safe的齿轮接触寿命分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于ADAMS的双圆弧修正摆线齿轮行星轮系动力学性能的研究
• 6.1 ADAMS动力仿真理论基础
• 6.1.1 ADAMS软件介绍
• 6.1.2 ADAMS分析计算数学理论基础
• 6.2 基于ADAMS的齿轮系统动力学仿真
• 6.2.1 ADAMS中虚拟样机的建立
• 6.2.2 基于ADAMS/View的仿真分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间发表的论文）