TI蜗杆传动的承载能力分析及修形研究

论文摘要

TI蜗杆传动全称渐开线螺旋面包络环面蜗杆。根据包络次数它可以分为一次包络TI蜗杆传动和二次包络TI蜗杆传动。在一次包络TI蜗杆传动中,蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮,蜗杆则是由渐开线斜齿圆柱齿轮包络而成的。对TI蜗杆传动进行有限元分析的结果可以直接指导修形,从而更大地发挥TI蜗杆传动的优势,因此具有重要意义。针对TI蜗杆传动副,研究的结论如下:分析TI蜗杆传动的数学模型,在ANSYS的环境下建立TI蜗杆传动的有限元模型。由于TI蜗杆的齿面比较复杂,因此采用Matlab、Pro/e和ANSYS三种软件相结合的建模方法,并且充分使用参数化设计语言APDL(Ansys Parameter Design Language),实现建模过程参数化。在有限元模型的基础上分析TI蜗杆的承载能力,根据齿轮承载能力计算准则,进行接触强度和弯曲强度的分析。关于接触分析,讨论了面与面接触分析的基本步骤,各个参数的选取原则,网格划分方式。分析结果表明在TI蜗杆传动中接触表面有合理的载荷分布,可以承受较大的载荷,是一种很有前途的传动方式。分析轮齿弯曲强度,它包括有限元网格的生成,边界条件的建立,最恶加载线的确立以及等效节点载荷的计算,提出了一种求解TI蜗杆弯曲强度的方法。分析结果可以看出若齿轮的参数不变而增加载荷的情况下,则弯曲应力的增加的速度很快,因此在设计高承载能力的齿轮时,考虑弯曲应力的计算是必要的。研究环面蜗杆修形的方案,探索TI蜗杆的修形方法,初步提出了一种TI蜗杆的修形方法,修形后的TI蜗杆有更大的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 TI 蜗杆传动的研究现状及特点
• 1.2.1 TI 蜗杆传动的简介
• 1.2.2 TI 蜗杆的研究现状
• 1.2.3 TI 蜗杆传动的特点
• 1.2.4 TI 蜗杆传动存在的问题
• 1.3 有限元的发展历史、现状及ANSYS 简介
• 1.3.1 有限元在齿轮、蜗杆研究方面的应用
• 1.3.2 ANSYS 的技术特点
• 1.3.3 ANSYS 的功能
• 1.4 承载能力分析理论
• 1.4.1 齿轮承载能力计算准则
• 1.4.2 齿面接触强度分析
• 1.4.3 齿根弯曲强度分析
• 1.5 环面蜗杆的修形研究现状
• 1.5.1 渐开线齿轮修形方法的进展
• 1.6 研究内容
• 2 TI 蜗杆传动副的参数化建模
• 2.1 TI 蜗杆的参数化建模
• 2.2 TI 蜗杆传动坐标系的建立及坐标变换
• 2.2.1 分析特征，建立数学模型
• 2.3 蜗杆的参数化建模
• 2.3.1 蜗杆齿面点的形成
• 2.3.2 蜗杆齿面线的形成
• 2.3.3 蜗杆齿面的形成
• 2.3.4 蜗杆端面及内外环面的形成
• 2.3.5 蜗杆实体的形成
• 2.3.6 蜗杆实体的形成
• 2.4 坐标变换
• 2.5 渐开线斜齿轮的形成
• 2.5.1 渐开线的生成
• 2.5.2 齿根过渡曲线及螺旋线的生成
• 2.5.3 渐开线斜齿轮的形成
• 2.6 小结
• 3 基于TI 蜗杆传动特点的有限元接触分析
• 3.1 接触分析
• 3.2 TI 蜗杆传动副的接触应力分析
• 3.3 生成网格
• 3.4 理论计算
• 3.5 小结
• 4 基于TI 蜗杆传动特点的弯曲强度计算
• 4.1 弯曲强度分析
• 4.2 TI 蜗杆传动副的弯曲强度计算
• 4.3 弯曲强度有限元分析的流程图
• 4.4 弯曲强度的分析结果
• 4.5 不同载荷下的弯曲应力和接触应力
• 4.6 小结
• 5 基于TI 蜗杆传动的修形研究
• 5.1 修形分析
• 5.2 坐标系的建立和修形参数的选择
• 5.2.1 坐标系的建立
• 5.2.2 修形
• 5.2.3 坐标变换
• 5.3 包络环面蜗杆的产形面
• 5.3.1 产形面的方程
• 5.3.2 包络环面蜗杆的螺旋面及其曲率参数
• 5.3.3 角修形传动
• 5.3.4 渐开线环面蜗杆的修形特点
• 5.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集