齿轮热装配技术研究

论文摘要

齿轮热装配是一种常见装配方法,齿轮热装配方法可以减小装配难度、保护轴承、提高装配精度,但不是所有的齿轮都适合热装配方式,要求齿轮和轴耐热性能好,装配后齿轮的传递扭矩、传动比、转速都不能过大。热装配过程是将预热后的齿轮装配在外径大于该齿轮内孔直径的轴上,这是一种常用的过盈装配方式。预热是指装配前需要先将齿轮进行加热,齿轮受热膨胀,内径增大、轮毂伸长,产生装配条件。齿轮热装配过程中使用的加热温度是根据过盈量和热装配间隙等装配要求共同决定的,温度是影响热装配误差的重要因素,温度变化而产生的热变形误差是由多方面因素产生的,如材料、工件外形尺寸等,影响因素非常复杂。传统热变形误差理论及其计算结果存在不精确性,无法满足现代高精度精密机械加工的需要,非线性热变形理论研究为高精度零部件热加工提供重要的理论依据,目前新型的有限元法分析热变形特别适用于复杂机械形体的热变形计算。本课题中分析影响齿轮误差的因素,综合考虑各种因素与误差量之间的关系,通过研究有限元仿真装配过程,计算齿形、齿向的偏差,分析偏差对齿轮精度的影响,对比实验数据,总结仿真结果的正确性,对生产的指导作用。装配车间有精确的检测设备,但是在实际检测中,操作复杂、设备昂贵、检测时间长、对检测环境要求高,这些因素都会增加检测难度。本课题坚持完善理论分析、通过模型仿真解决生产中操作复杂的问题。只有仿真效果符合实际生产中的真实情况,才能证明仿真分析的可应用性,因此实验测量是必要的,测量数据是理论研究的基础。实验过程中,掌握正确的操纵方式,使用高精度测量设备测得最准确的真实数据,在ZJ20K-6感应加热器中对实验进行加热,通过RAYNGERMX4红外线测温仪确定是否达到预热温度,取出齿轮放置轴前预装位置,YX41-63单柱校正压装液压机提供均匀的平面压力将齿轮压装到最终装配位置,冷却后在MM3525齿轮测量机上测量齿轮热装配过程中变形量的真实数据,反复测量,确保数据的可靠性和精确性,对一种尺寸的齿轮,选取多个样本测量,取平均值做为参考数据。计算齿轮的平均变形量,齿轮的的偏差量,变形对齿轮精度的影响,为仿真分析提供数据上的支持和参考。本课题中第一阶段完成热装配理论研究,以生产中实际问题为方向,研究齿轮热装配的适用范围,装配技术和建模技术,为仿真分析奠定基础。第二阶段完成仿真分析和实验测量,这两部分必须同时进行,仿真分析需要真实的参考数据,以此为基础得出结果。第三阶段整理实验数据和仿真结果,对比分析,包括课题中重点分析的四个方面,即齿轮热装配后内径变形量误差、齿向变形量误差、齿形变形量误差、温度对齿轮变形量的影响,分析仿真过程和结果的现实应用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景意义
• 1.2 齿轮热装配技术理论概述
• 1.3 齿轮热装配建模与仿真软件概述
• 1.3.1 齿轮热装配建模应用软件CATIA 概述
• 1.3.2 仿真分析软件ANSYS 概述
• 1.4 齿轮热装配研究内容
• 1.4.1 齿轮热装配理论研究
• 1.4.2 齿轮热装配技术研究实验过程
• 1.4.3 齿轮建模技术研究
• 1.4.4 齿轮热装配仿真技术研究
• 1.4.5 齿轮热装配仿真与实验结果对比分析
• 第2章 热装配齿轮在CATIA 中三维建模
• 2.1 CATIA 软件齿轮三维建模
• 2.1.1 CATIA 中建立模型方式
• 2.1.2 CATIA 中特征工具概述
• 2.1.3 参数法轮齿建模过程
• 2.1.4 齿轮成型完成建模
• 2.2 热装配齿轮 CATIA 模型转换成 ANSYS 中模型
• 2.2.1 CATIA 模型导入ANSYS 软件
• 2.2.2 模型导入 ANSYS 后模型处理
• 第3章 热装配仿真研究分析
• 3.1 ANSYS 分析核心——变分原理
• 3.1.1 分区变分原理
• 3.1.2 空间等参元
• 3.2 齿轮热装配有限元分析过程
• 3.2.1 齿轮三维模型的导入
• 3.2.2 ANSYS 中齿轮模型网格的划分
• 3.2.3 刚性位移与齿轮预紧力的关系分析
• 3.2.4 预紧力与轴变形的关系分析
• 3.3 预紧力产生齿轮变形与过盈量关系分析
• 3.5 热装配温度与齿轮热变形关系分析
• 第4章 热装配仿真与实验结果对比分析
• 4.1 热装配实验过程
• 4.1.1 热装配实验设备
• 4.1.2 实验中热装配齿轮的选择
• 4.1.3 压装方式在热装配过程对齿轮的影响分析
• 4.1.4 热装配实验数据检测方法
• 4.2 材料、构型与齿轮的应力变形关系分析
• 4.2.1 ANSYS 中齿轮应力应变分析结果
• 4.2.2 实验压装前后齿轮检测数据
• 4.3 实验压装前后齿轮齿向变化数据对比
• 4.4 实验压装前后齿轮齿形变化数据对比
• 4.5 实验压装预热与ANSYS 热分析分对比
• 第5章 结论
• 5.1 课题结论
• 5.2 课题展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢