考虑加工误差的重载齿轮设计

论文摘要

齿轮传动是工业中应用非常普遍的传动装置。欲使齿轮能传递较大的力矩,通常的做法是加大齿轮的模数和增大齿宽,然而增大模数会导致齿轮直径增加,某些情况下不便于使用,此时增加齿宽的方法比较合适。增加齿宽的方法其本质是增加两轮齿接触线的长度。齿宽越大,则理论上接触线越长,在单位长度上所承担的载荷越小。但此方法严重依赖于加工精度,若精度不够,将导致单个轮齿的某些部分不参与接触,实际接触线长度并未增加,齿轮的承载能力不能得到改善。能容忍加工误差的重载齿轮设计方法,在加工精度无法严格保证的条件下,齿轮仍然能承受工作时产生的巨大载荷。本文提出协调变形方法,即通过应力和变形分析,设计特殊的齿轮结构,使承受较大载荷的轮齿部分通过变形而主动退让,以便轮齿其余部分共同参与承载,从而增加接触线长度,降低局部接触应力,增加齿面疲劳寿命。论文在理论分析的基础上推导了开槽齿轮轮齿的设计计算公式,对4种不同缺陷的齿轮进行了仿真分析,通过仿真分析验证了所推导公式的正确性,仿真结果表明带环形槽的低精度重载齿轮能有效地降低齿轮的等效应力和接触应力,从而提高承载能力和使用寿命。本文的方法为低精度廉价重载齿轮设计提供了一种有益的借鉴方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 本文研究的主要内容和研究方法
• 1.3 本文的创新之处
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 齿轮设计和有限元接触算法
• 2.1 引言
• 2.2 齿轮传统的分类和特点
• 2.2.1 齿轮传动的特点
• 2.2.2 齿轮传动的类型
• 2.2.3 齿轮传动的传统设计方法
• 2.3 有限元方法简介
• 2.4 有限元接触算法简介
• 2.4.1 接触问题概述
• 2.4.2 ANSYS接触分析概述
• 2.4.3 面-面接触分析的计算过程
• 2.5 本章小结
• 第三章 齿轮的加工误差及其对轮齿接触应力的影响
• 3.1 引言
• 3.2 理想齿轮接触应力的近似计算
• 3.3 缺陷齿轮接触应力的近似计算
• 3.4 理想齿轮组的变形和接触应力有限元分析
• 3.5 缺陷齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 3.5.1 齿厚不均齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 3.5.2 齿厚呈波浪状齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 3.5.3 轮齿上有凸台齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 3.5.4 轮齿上缺材料齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 低精度开槽齿轮的设计及其接触应力分析
• 4.1 引言
• 4.2 低精度开槽齿轮的接触应力近似理论计算
• 4.3 低精度开槽齿轮的有限元分析
• 4.3.0 网格划分和边界条件
• 4.3.1 齿厚不均开槽齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 4.3.2 齿厚呈波浪状开槽齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 4.3.3 轮齿上有凸台开槽齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 4.3.4 轮齿上缺材料开槽齿轮的变形和接触应力有限元分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附件A：在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附件B：个人简历