平行轴变齿厚斜齿轮传动齿面生成与啮合特性分析

论文摘要

变齿厚斜齿轮的沿轴向各截面中的变位系数不同,并且呈线性变化。平行轴变齿厚斜齿轮对因齿厚连续变化,能很方便地通过轴向移动调节两齿轮的侧隙,而中心距不变,从而能实现小回差的传动,同时还可以大大减少振动和噪声,因此适用于对回差和震颤要求严格的传动机构及具有高新技术的特殊传动装置中,具有很高的实用价值和很好的发展前景。现阶段,国内外对变齿厚斜齿轮的研究主要集中在几何参数计算、加工、测量等几个方面。为了提高平行轴变齿厚斜齿轮的啮合精度、承载能力及使用寿命等,使之能在精密传动装置中广泛应用,对该齿轮的齿面生成及啮合特性等进行研究,具有重要的理论及实际意义。论文主要对以下几个方面的内容进行了研究:根据机械原理及齿轮啮合原理的基本理论,对该齿轮的端面压力角、分度圆螺旋角及变位系数进行了计算,根据该齿轮传动啮合区域的形成过程,对其重合度进行了研究,并对主要参数对重合度的影响进行了分析。根据齿轮啮合原理的包络理论,由齿条刀具的齿面方程推导了该齿轮工作齿面、齿根过渡曲面及齿根曲面的齿面方程,利用Matlab编程生成其精确齿面,并对不同齿条刀具参数对生成的齿面的影响进行了研究,该齿面生成的方法具有一定的通用性,可以方便地获得圆柱直齿轮、斜齿轮及变齿厚直齿轮的齿面。利用推导的齿面方程,根据齿轮接触分析的方法,建立了该齿轮传动接触的数学模型,分别对标准安装、存在中心距及轴线安装误差的齿面接触情况进行了研究,得到了不同安装情况下的齿面接触轨迹和传动误差并进行了对比分析。利用Abaqus软件,建立该齿轮传动接触的有限元模型,对标准安装的齿轮副在载荷作用下的应力分布、齿面最大接触应力、齿根弯曲应力及同时啮合齿对之间的载荷分配等进行了分析,并对存在不同轴线安装误差时的齿面接触情况进行了研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 变齿厚齿轮的几何特点与国内外研究现状
• 1.3 齿面生成的研究现状
• 1.4 齿轮接触分析研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 2 变齿厚斜齿轮基本参数的计算
• 2.1 引言
• 2.2 变齿厚斜齿轮加工原理
• 2.3 端面压力角和分度圆螺旋角的计算
• 2.4 变齿厚斜齿轮的变位系数
• 2.4.1 变齿厚斜齿轮的根切现象
• 2.4.2 变齿厚斜齿轮的齿顶变尖现象
• 2.4.3 变齿厚斜齿轮的干涉现象
• 2.5 平行轴变齿厚斜齿轮传动重合度的计算
• 2.5.1 啮合区域的形成
• 2.5.2 重合度计算
• 2.5.3 主要参数对重合度的影响
• 2.6 小结
• 3 变齿厚斜齿轮齿面生成研究
• 3.1 引言
• 3.2 变齿厚斜齿轮成型原理
• 3.3 齿条刀具齿面方程
• 3.3.1 齿条刀具的法面齿廓方程
• 3.3.2 切齿坐标系的建立及变换
• 3.4 变齿厚斜齿轮的齿面方程
• 3.4.1 单位法矢量
• 3.4.2 相对速度
• 3.4.3 啮合方程
• 3.4.4 齿面方程
• 3.5 变齿厚斜齿轮的齿面生成
• 3.5.1 齿面生成的分析
• 3.5.2 齿条刀具参数对齿面影响
• 3.5.3 齿面生成方法扩展
• 3.6 小结
• 4 平行轴变齿厚斜齿轮传动的接触分析
• 4.1 引言
• 4.2 齿轮接触数学模型的建立
• 4.2.1 正确啮合条件
• 4.2.2 齿轮1、2 的齿面方程
• 4.2.3 接触的数学模型
• 4.3 齿轮接触分析的求解
• 4.4 齿轮接触分析实例
• 4.4.1 标准安装的齿轮接触分析
• 4.4.2 中心距安装误差的齿轮接触分析
• 4.4.3 轴线安装误差的齿轮接触分析
• 4.4.4 综合安装误差的齿轮接触分析
• 4.5 小结
• 5 平行轴变齿厚斜齿轮传动的加载接触分析
• 5.1 引言
• 5.2 接触有限元分析模型的建立
• 5.3 标准安装的有限元分析结果
• 5.3.1 接触应力
• 5.3.2 弯曲应力
• 5.3.3 齿间载荷分布关系
• 5.4 安装误差的有限元分析结果
• 5.5 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文
• B. 作者在攻读学位期间参加的项目