双圆弧齿轮齿端修形与冷精锻成形技术研究

论文摘要

双圆弧齿轮承载能力高、寿命长、跑合性能好,在石油、矿山、冶金、起重运输机械等行业中应用广泛。但在传递动力过程中,由于啮合干涉的存在,齿轮会产生较大的传动误差,引起齿轮的振动和噪声,并且由于齿端的啮入、啮出冲击,致使齿端应力大于齿中应力,引发“齿端效应”,因此,很有必要对齿轮进行齿端修形,以消除上述缺陷。另外,与传统的切削加工方法相比,采用冷精锻成形技术来生产齿轮,其生产效率高,材料利用率高,齿轮强度大,是齿轮加工发展的新方向。因此,研究双圆弧齿轮的齿端修形和冷精锻成形技术具有重要意义。本文依据双圆弧齿轮的啮合原理,运用Pro/E三维造型软件完成了对双圆弧齿轮的精确建模,并对其建模过程实现了参数化操作,提高了齿轮的建模效率,便利了齿轮在修形和成形方面的研究。在ANSYS中建立了双圆弧齿轮的有限元接触模型,并完成了对齿轮的静态与动态接触分析,准确地模拟了齿轮在不同条件下的啮合情况,得到了在整个啮合周期内齿轮的传动误差、周向位移差值、最大接触应力、齿端应力与齿中应力的变化规律,为双圆弧齿轮的齿端修形提供了重要依据。采用螺旋线对双圆弧进行齿端修形,阐述了齿端修形量和修形长度的确定方法,给出了修形后的齿廓方程,并分析了不同修形参数下的模拟结果。研究结果表明,齿端修形可以有效地降低齿轮的传动误差,减小齿端啮入、啮出前后的周向位移差值,减弱接触应力极值和齿端应力,起到了减振降噪、消除“齿端效应”和提高齿轮强度的作用,研究结论为双圆弧齿轮的齿端修形提供了理论依据。本文采用冷闭式锻造技术来成形双圆弧齿轮,并基于DEFORM软件研究了齿轮成形过程中金属的流动规律,等效应变与等效应力的分布规律,成形载荷的变化规律,坯料的变形规律。并研究了成形参数、坯料参数、齿形参数对齿轮最大成形载荷Fmax、成形载荷F—行程L曲线、齿顶端部等效应变、齿根端部等效应力的影响规律。研究成果为双圆弧齿轮的冷精锻成形技术提供了科学依据,并得以完善了现有的齿轮成形理论,在工程上具有实用价值和理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的来源、目的和意义
• 1.3 国内外齿轮修形的研究现状
• 1.3.1 齿廓修形的研究现状
• 1.3.2 齿向修形的研究现状
• 1.4 国内外齿轮冷精锻成形技术的研究现状
• 1.4.1 齿轮冷精锻成形理论的研究现状
• 1.4.2 齿轮冷精锻成形工艺的研究现状
• 1.5 本文研究方法和内容
• 1.5.1 齿轮修形方面的研究方法和内容
• 1.5.2 齿轮成形方面的研究方法和内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 接触分析理论与塑性成形理论
• 2.1 接触分析理论与有限元方法
• 2.1.1 经典的接触分析理论
• 2.1.2 有限元接触分析
• 2.2 ANSYS中的接触功能和算法
• 2.2.1 ANSYS的接触功能
• 2.2.2 ANSYS的接触算法
• 2.3 塑性成形的有限元模拟理论
• 2.3.1 刚塑性材料的边值问题
• 2.3.2 刚塑性有限元方法的变分原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 双圆弧齿轮的参数化设计
• 3.1 双圆弧齿轮的基本齿廓
• 3.2 齿轮的共轭接触条件
• 3.3 基本Pro/E的双圆弧齿轮建模
• 3.3.1 双圆弧齿轮的建模过程
• 3.3.2 齿轮的虚拟装配与干涉分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 双圆弧齿轮的啮合分析与齿端修形
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.2 齿轮啮合区间的选定
• 4.3 齿端周向位移的变化规律
• 4.4 螺旋线齿端修形方法
• 4.5 修形结果的分析与讨论
• 4.5.1 齿端修形对传动误差的影响
• 4.5.2 齿端修形对“齿端效应”的影响
• 4.6 双圆弧齿轮的动态接触分析
• 4.6.1 动态接触模型的前处理
• 4.6.2 动态接触的结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 双圆弧齿轮的冷精锻成形技术研究
• 5.1 引言
• 5.2 冷闭式锻造成形方法的选择
• 5.3 有限元几何模型的建立
• 5.4 模拟结果分析
• 5.5 成形参数对齿轮成形的影响
• 5.5.1 摩擦系数对齿轮成形的影响
• 5.5.2 成形速度对齿轮成形的影响
• 5.6 坯料参数对齿轮成形的影响
• 5.6.1 坯料外径对齿轮成形的影响
• 5.6.2 坯料内径对齿轮成形的影响
• 5.7 齿形参数对齿轮成形的影响
• 5.7.1 螺旋角对齿轮成形的影响
• 5.7.2 齿数对齿轮成形的影响
• 5.7.3 法面模数对齿轮成形的影响
• 5.7.4 齿宽对齿轮成形的影响
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文