交错轴变齿厚齿轮副的设计方法与有限元分析

论文摘要

交错轴变齿厚齿轮副传动是一种特殊形式的渐开线齿轮传动,这种齿轮副能够实现小轴交角传动,即允许其主被动齿轮轴线间存在一个较小夹角。这类齿轮在游艇、快艇的动力传动机构中大量使用。交错轴变齿厚齿轮副的几何参数繁多,设计困难,并且无法用现有的齿轮强度计算理论来求解其强度问题。基于此,本文介绍了一种交错轴变齿厚齿轮副的设计方法,并且采用有限元法分析了一对交错轴变齿厚齿轮副接触应力与弯曲应力分布情况。首先介绍了交错轴变齿厚齿轮副的啮合原理及其主要几何参数,并介绍了一种适合于各种传动布局形式的交错轴变齿厚齿轮副的几何设计方法即保证安装参数法,文中分析了这种方法相对于传统设计方法的优越性,并以保证安装参数法为基础设计两对不同布局形式的交错轴变齿厚齿轮,并以其中的一对作为本文的研究对象。其次根据交错轴变齿厚齿轮副在啮合过程中与假想齿条的啮合关系,利用坐标变换理论,建立了一对配对的交错轴变齿厚齿轮副的齿面方程。采用Matlab软件根据齿面方程编写程序求解了齿轮副的齿面点集,在Pro/e中由这些齿面点集实现交错轴变齿厚齿轮副的齿面重构,进而建立其三维实体模型,为后续的有限元强度分析做好准备。最后通过Pro/e与ANSYS软件之间的无缝连接,将齿轮副几何模型导入ANSYS软件中,并在此基础上完成了交错轴变齿厚齿轮副有限元分析模型的建立；根据有限元计算结果,分析了交错轴变齿厚齿轮副主从动齿轮齿面接触应力以及齿根弯曲应力的分布情况,得出了最大接触应力和最大弯曲应力的发生位置以及轮齿应变情况,为齿轮副的优化设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 变齿厚齿轮的定义
• 1.3 变齿厚齿轮及齿轮强度分析方法研究概况
• 1.3.1 变齿厚齿轮研究现状
• 1.3.2 齿轮强度分析方法概述
• 1.4 本文的研究内容
• 2 交错轴变齿厚齿轮副的设计
• 2.1 引言
• 2.2 交错轴变齿厚齿轮副的设计
• 2.2.1 一对交错轴变齿厚齿轮与假想公共齿条的啮合
• 2.2.2 交错轴变齿厚齿轮副的几何参数
• 2.2.3 交错轴变齿厚齿轮传动的布局形式
• 2.2.4 交错轴变齿厚齿轮副设计方法
• 2.3 交错轴变齿厚齿轮副设计算例
• 2.4 本章小结
• 3 交错轴变齿厚齿轮副三维啮合模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 交错轴变齿厚齿轮齿面数学模型
• 3.2.1 主动齿轮假想齿条齿面方程
• 3.2.2 从动齿轮假想齿条齿面方程
• 3.2.3 一对齿轮副的齿面方程
• 3.3 齿轮副可视化三维模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 交错轴变齿厚齿轮副强度有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 接触问题的求解方法
• 4.2.1 解析法
• 4.2.2 数值法
• 4.3 有限元接触分析方法的基本理论
• 4.3.1 有限单元法（FEM）基本原理
• 4.3.2 接触问题的有限元分析原理
• 4.4 ANSYS中的接触功能和算法
• 4.4.1 ANSYS的接触功能
• 4.4.2 ANSYS的接触算法
• 4.5 交错轴变齿厚齿轮副接触分析有限元模型的建立
• 4.5.1 齿轮副几何模型的简化
• 4.5.2 选取单元类型定义材料特性
• 4.5.3 网格划分
• 4.5.4 接触对定义及实常数设置
• 4.5.5 定义边界约束条件及载荷并求解
• 4.6 有限元计算结果分析
• 4.6.1 齿轮副接触应力分析
• 4.6.2 齿轮副弯曲应力及轮齿应变分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢