参数化斜齿圆锥齿轮的啮合特性与应力分析研究

论文摘要

斜齿圆锥齿轮具有承载能力大、传动平稳等优点,但是由于斜齿圆锥齿轮结构的独特性和加工的局限性,在机械传动中用得不多,对这种齿廓的研究文献也不多见。由于在高速重载下,适合采用斜齿圆锥齿轮或弧齿圆锥齿轮传动,而弧齿圆锥齿轮的加工需要专门机床完成,斜齿圆锥齿轮的加工相对简单,因此斜齿圆锥齿轮具有一定的方便性。为了更好地使用斜齿圆锥齿轮传动,有必要对其的承载能力进行分析。本文采用PRO/E参数化特征建模方法和ANSYS有限元分析系统,对斜齿圆锥齿轮的齿廓进行弯曲强度和接触强度分析,进一步探讨斜齿圆锥齿轮在承载方面的优势。这一问题的研究对圆锥齿轮传动的应用具有重要的理论意义和实际意义。基于直齿圆锥齿轮传动的切齿原理,推导了斜齿圆锥齿轮的齿面方程;讨论了斜齿圆锥齿轮的啮合特性;利用PRO/E三维建模软件,建立了斜齿圆锥齿轮参数化模型。利用ANSYS Workbench软件对斜齿圆锥齿轮齿根弯曲应力进行了分析计算,参照直齿圆锥齿轮和斜齿圆柱齿轮的受力计算方法,推导了斜齿圆锥齿轮传动的受力公式,比较了啮合线上不同点处施加载荷时轮齿的弯曲应力分布,说明齿廓的弯曲强度是等强度的效果,为分析斜齿圆锥齿轮的弯曲强度提供理论依据。运用ANSYS Workbench软件对斜齿圆锥齿轮的一对轮齿在节线处啮合的接触应力进行了分析,获得了接触应力分布情况,为分析斜齿圆锥齿轮的接触强度提供理论依据。通过对斜齿圆锥齿轮弯曲应力和接触应力的分析,并与直齿圆锥齿轮进行比较,总结出斜齿圆锥齿轮的传动特点、承载优势和应用前景等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 斜齿圆锥齿轮简介
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外的研究状况
• 1.4 本文的主要内容及特点
• 第二章 齿轮传动的强度分析方法概述
• 2.1 建模工具介绍
• 2.2 数值分析方法
• 第三章 斜齿圆锥齿轮传动的理论分析
• 3.1 斜齿圆锥齿轮的啮合
• 3.1.1 斜齿圆锥齿轮的啮合特性
• 3.1.2 斜齿圆锥齿轮啮合原理
• 3.2 斜齿圆锥齿轮三维参数化实体建模
• 3.2.1 斜齿圆锥齿轮的建模原理
• 3.2.2 斜齿圆锥齿轮的齿形描述
• 3.2.3 设计思路
• 3.2.4 设计基本方法和步骤
• 3.2.5 添加控制程序
• 3.3 小结
• 第四章 基于 Workbench 环境下的斜齿圆锥齿轮
• 4.1 ANSYS Workbench 简介
• 4.2 齿轮齿根弯曲简介
• 4.3 模型的导入
• 4.4 定义材料属性
• 4.5 网格划分
• 4.6 约束
• 4.7 加载
• 4.7.1 斜齿圆柱齿轮传动受力
• 4.7.2 直齿圆锥齿轮的传动受力
• 4.7.3 斜齿圆锥齿轮的传动受力
• 4.8 求解与后处理结果
• 4.9 点接触受力分析
• 4.10 小结
• 第五章 斜齿圆锥齿轮的接触应力分析
• 5.1 接触应力分析原因
• 5.2 斜齿圆锥齿轮齿面接触应力有限元分析模型的建立
• 5.2.1 斜齿圆锥齿轮啮合模型的建立
• 5.2.2 接触对的设定
• 5.2.3 施加边界约束和载荷
• 5.3 斜齿圆锥齿轮齿面接触应力分析
• 第六章 直齿锥齿轮与斜齿锥齿轮的分析比较
• 6.1 直齿圆锥齿轮的弯曲应力分析
• 6.1.1 直齿圆锥轮齿的网格划分与约束
• 6.1.2 直齿圆锥轮齿的加载
• 6.1.3 直齿圆锥轮齿的弯曲应力
• 6.2 直齿圆锥齿轮的接触应力分析
• 6.3 直齿圆锥齿轮与斜齿圆锥齿轮的弯曲应力结果分析比较
• 6.4 直齿圆锥齿轮与斜齿圆锥齿轮的的接触应力结果分析比较
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录