弧齿锥齿轮齿面离散化建模及接触分析

论文摘要

弧齿锥齿轮是一种广泛应用于飞机、船舶、精密机床、工程机械和车辆传动的基础元件。弧齿锥齿轮三维实体精确模型构建对于齿轮的有限元分析、动力学分析、数字样机和系统仿真来说是必不可少的。作者在分析研究了已有的关于弧齿锥齿轮加工、三维模型建立和齿面接触分析的研究成果的基础上,提出了基于离散化齿面模型的弧齿锥齿轮副建模方法、基于离散齿面的齿面接触分析方法,并开发了弧齿锥齿轮建模和齿面接触分析软件系统。第1章主要介绍了螺旋锥齿轮加工方法、螺旋锥齿轮的三维实体模型建立、螺旋锥齿轮齿面接触分析和齿轮副参数化建模系统研究现状,针对各种已方法的特点和缺陷,提出了本文的研究内容和组织结构。第2章提出一种基于齿面成形原理分类的弧齿锥齿轮副齿而离散模型的构建办法。大轮齿面不同的形成原理决定了其齿面不同的几何特征,利用其特征,简化了大轮齿面建模过程,获得网格化的离散曲面；以刀倾法加工小轮的数学模型为基础,按照传统的加工原理,确定小轮齿面的矢量方程表达式,再进行离散化,获得小轮齿面的离散化模型。第3章在综合分析了已有的齿面接触分析方法的基础上，以第2章计算所得的离散齿面模型为基础,提出一种新的弧齿锥齿轮齿面接触分析方法,将齿面接触分析分为两步完成,首先,结合大轮齿面离散数据,减少了啮合方程组中的未知数个数,简化了接触迹线计算求解过程,简化传统TCA方法,计算得到三种不同设计方案的齿面接触迹线；然后,根据接触迹线,针对弧齿锥齿轮模型和离散化的齿面数据,对原本用于直齿轮的真实齿面接触分析（RTCA）方法进行拓展,求解齿面的瞬时接触区,完成齿面的接触分析计算；最后在有限元分析软件Ansys11.0workbench环境中对模型进行接触分析,已验证模型和算法的可行性、正确性。第4章以关于齿面离散化模型建立和齿面接触分析的研究工作为基础,在Visual Studio2005环境下,采用VC++调用Pro/ToolKit的库函数并联合Matlab进行二次开发,建立了在Pro/Engineer4.0中运行的弧齿锥齿轮的参数化设计与建模系统。第5章总结了本文的研究内容和主要工作,展望了今后的研究工作的努力方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 本章摘要
• 1.1 引言
• 1.2 弧齿锥齿轮加工方法的研究现状
• 1.3 弧齿锥齿轮齿面建模的研究现状
• 1.3.1 弧齿锥齿轮建模原理分类
• 1.3.2 齿轮建模相关CAD技术
• 1.4 弧齿锥齿轮齿面接触分析的研究现状
• 1.5 论文的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 2 基于齿面成形原理分类的弧齿锥齿轮副齿面离散模型构建
• 本章摘要
• 2.1 引言
• 2.2 在轮齿面离散化模型构建
• 2.2.1 基于齿面成型特征的成形法大轮模型构建
• 2.2.2 基于齿线和球面渐开线方程的展成法大轮模型构建
• 2.3 基于局部共轭原理的小轮齿面离散化模型构建
• 2.3.1 局部共轭原理
• 2.3.2 刀倾法加工小轮的机床调整
• 2.3.3 根据共轭曲面啮合方程计算小轮曲面离散数据
• 2.4 弧齿锥齿轮副模型构建实例
• 2.5 本章小结
• 3 RTCA方法在弧齿锥齿轮齿面接触分析中的推广
• 本章摘要
• 3.1 引言
• 3.2 基于TCA的离散齿而接触迹线求解
• 3.2.1 齿面接触分析（TCA）技术
• 3.2.2 离散齿面接触迹线的求解
• 3.3 基于真实齿面接触分析的离散齿面接触求解
• 3.3.1 微分邻域分析法
• 3.3.2 真实齿面接触分析方法原理
• 3.3.3 基于RTCA的弧齿锥齿轮副瞬时接触边界求解
• 3.4 在ANSYS中验证接触区分析结果
• 3.4.1 有限元分析在齿轮设计分析中的应用概述
• 3.4.2 弧齿锥齿轮接触分析有限元模型构建
• 3.4.3 弧齿锥齿轮副有限元接触分析结果
• 3.5 本章小结
• 4 弧齿锥齿轮参数化设计与建模系统
• 本章摘要
• 4.1 引言
• 4.2 系统相关技术介绍
• 4.2.1 Pro/ToolKit简介
• 4.2.2 VC++与Matlab联合编程
• 4.2.3 弧齿锥齿轮参数化设计与建模
• 4.3 系统设计与实现
• 4.3.1 弧齿锥齿轮设计模块
• 4.3.2 弧齿锥齿轮三维建模模块
• 4.3.3 弧齿锥齿轮齿面接触分析模块
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 本章摘要
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目