渐开线斜齿圆柱齿轮齿向修形的研究

论文摘要

渐开线斜齿圆柱齿轮由于重合度大、传动平稳被广泛应用在机械、矿山、冶金、航空航天等各个领域。为了减少齿轮接触状态下的应力集中,提高其承载能力,人们提出采用齿向修形的方法改善其接触特性。由于直齿轮结构简单,修形容易实现,而且修行量也容易控制,在实际应用中可获得较满意的效果。而斜齿圆柱齿轮由于结构复杂,引起偏载和应力集中的因素较多,无论对修行方法还是对修行量的计算都较难确定。因此本文对渐开线斜齿圆柱齿轮的修形方法及修形量进行进一步探讨。论文对渐开线圆柱齿轮的各种修形方法进行了分析对比,总结了它们的优点和不足;分析了影响接触状态下应力沿齿向分布不均的各种原因。在此基础上,采用先进的建模软件和分析技术对渐开线斜齿圆柱进行了修形方法的探讨和修形量的计算。本文选取一对齿轮的参数,在三维建模软件UG中建立一对斜齿轮啮合的实体模型,然后通过UG与ANSYS Workbench之间的接口,把模型导入ANSYS Workbench中,对齿轮接触状态下进行接触应力有限元分析,得到齿轮的应力分布图。分析应力分布图得到:轮齿接触应力沿接触线方向分布不均,在接触线端点处存在较大的接触应力。为了减缓接触应力沿齿向方向的应力集中,通过比较各种齿轮修形方法的特点,最终确定了简单、可行、有效的修形方法。根据轴心的弯曲变形和齿轮的扭转变形情况,得出斜齿圆柱齿轮的修形曲线及参数。最后重新对修形后斜齿轮进行建模、有限元分析。对斜齿轮修形前后的接触应力进行对比。对比结果表明:修形后的斜齿轮接触应力沿齿向的分布较为均匀,载荷集中现象得到了缓解。从而证明了针对斜齿轮提出的修形方案是简单可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状和发展概况
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容和特点
• 第二章 有限元法与齿轮接触理论
• 2.1 有限元法简介
• 2.1.1 有限元法基本求解过程
• 2.1.2 有限元法的发展趋势
• 2.2 齿轮接触理论
• 2.2.1 齿轮有限元接触分析理论
• 2.2.2 经典Hertz 弹性接触理论
• 2.2.3 弹性物体的非Hertz 接触问题
• 2.3 有限元ANSYS 软件及发展现状
• 2.3.1 ANSYS11.0 简介
• 2.3.2 ANSYS 的接触分析功能
• 2.3.3 ANSYS 的接触算法
• 2.4 ANSYS Workbench 软件简介及其特点
• 2.4.1 ANSYS Workbench 软件简介
• 2.4.2 ANSYS Workbench 的特点
• 2.5 本章小节
• 第三章 斜齿轮的参数化建模
• 3.1 参数化建模软件的选择
• 3.2 UG NX5.0 简介
• 3.3 斜齿轮参数化建模
• 3.3.1 斜齿轮啮合齿廓设计
• 3.3.2 UG 中斜齿轮建模过程
• 3.3.3 齿轮装配建模
• 3.4 本章小结
• 第四章 斜齿轮传动接触问题的有限元分析
• 4.1 斜齿轮接触有限元模型的建立
• 4.2 斜齿轮接触应力分析
• 4.3 斜齿轮齿向载荷分布的研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 斜齿轮修形分析
• 5.1 常用的齿轮修形方法
• 5.2 齿轮齿向修形
• 5.2.1 使齿向载荷分布均匀的方法
• 5.2.2 齿向修形的理论
• 5.2.3 齿向修形的方法
• 5.3 鼓形修形
• 5.3.1 鼓形修形理论
• 5.3.2 鼓形修形修形量的确定
• 5.3.3 鼓形量的计算公式
• 5.3.4 鼓形中心的确定
• 5.4 修形斜齿轮应力分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文