兆瓦级风机增速器轮齿修形及载荷研究

论文摘要

齿轮在现代工业中得到了广泛的应用,特别是近年来在风力发电设备中的应用,对其性能要求更高,轮齿修形技术对提高齿轮传动性能具有重要意义。本文以兆瓦级风电增速箱中的输出端大小齿轮为研究对象,基于渐开线齿轮啮合原理和振动冲击理论,从理论上分析了齿轮啮合载荷,完成了齿向、齿廓的修形设计,应用有限元软件对齿轮啮合运动进行了动态接触仿真,分析了啮合载荷分配与分布情况,比较了修形前后的压力分布和接触应力。本文首先根据加工刀具齿廓方程推导了组成轮齿齿廓的各段曲线方程,以此为基础应用NX软件建立了精确的大小斜齿轮三维模型,并完成了齿轮副的装配,然后把分析模型导入到有限元软件中,并进行了网格划分。其次,结合斜齿轮啮合变形协调条件和力平衡条件,建立了节点力和啮合变形的线性方程,并从理论上分析了斜齿轮的齿向载荷分布和齿间载荷分配。应用有限元软件动态模拟了齿轮啮合过程,得出了齿面接触应力分布云图,同时探讨了对接触分析有重要影响的刚度系数和摩擦系数的选取问题。然后,分析比较了三种齿向修形方法,提出了螺旋角修形的齿向修形方案,并通过对带轴齿轮的动态接触分析,确定了螺旋角修形量。同时根据齿廓修形理论,确定了齿廓曲线的最大修形长度、修形高度和修形曲线,完成了齿廓的修形设计。最后,应用有限元分析软件,分析了修形前后小齿轮在一个啮合周期内所受最大压力和最大接触应力。从分析结果得出,轮齿修形技术能有效改善齿面接触压力分布,减少应力集中,提高轮齿接触强度,降低轮齿间干涉和冲击,从而证明本文提出的修形方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 国外的研究现状
• 1.2.2 国内的研究现状
• 1.3 课题的主要研究方法
• 第二章 非线性接触有限元法
• 2.1 有限元法解算的基本步骤
• 2.2 非线性接触有限元法
• 2.2.1 接触有限元法的基本概念
• 2.2.2 接触问题求解的过程
• 2.2.3 求解接触问题的罚函数法
• 2.4 本章小结
• 第三章 斜齿轮模型的建立及啮合载荷研究
• 3.1 斜齿轮齿廓曲线方程的建立
• 3.2 建立斜齿轮模型
• 3.2.1 齿轮的基本参数
• 3.2.2 NX建模
• 3.2.3 斜齿轮模型的导入、参数设置及网格划分
• 3.3 斜齿轮啮合载荷研究
• 3.3.1 啮合载荷分配
• 3.3.2 齿向载荷分布
• 3.4 有限元法的啮合载荷研究
• 3.4.1 有限元法研究齿间载荷分配的数学模型
• 3.4.2 ANSYS/LS-DYNA分析轮齿接触应力分布
• 3.5 主要接触参数的分析
• 3.5.1 接触刚度系数的选取
• 3.5.2 摩擦系数的选取
• 3.6 本章小结
• 第四章 轮齿修形研究
• 4.1 齿向修形研究
• 4.1.1 齿向修形技术
• 4.1.2 螺旋角修形理论
• 4.1.3 螺旋角修形量的确定
• 4.2 齿廓修形研究
• 4.2.1 齿轮的啮合传动分析
• 4.2.2 齿廓修形方法
• 4.2.3 齿顶修形量、修形长度和修形曲线的确定
• 4.3 修形前后的结果分析
• 4.3.1 修形前各齿接触应力和压力曲线
• 4.3.2 修形后各齿接触应力和压力曲线
• 4.3.3 修形前后结果比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢