新型人字齿同步带传动设计及仿真分析

论文摘要

人字齿同步带传动基础理论与应用研究是继直齿和斜齿同步带传动之后,带传动领域里新的热点研究课题。由于人字齿同步带靠带齿与轮齿相啮合来传递动力,兼有齿轮传动、链传动和摩擦型带传动的优点,具有传动平稳、传递功率大、传动比准确、承载能力大、结构简单、维护方便等优点。本文通过理论计算和有限元仿真分析,设计计算新型人字齿同步带齿形参数和结构参数,并确定了新型人字齿同步带的特殊加工工艺。在分析新型人字齿同步带受力的基础上,讨论带齿部和带齿槽的变形量;考虑带齿弹性变形协调条件,求得在已知松边和紧边拉力时新型人字齿同步带的齿间载荷分布规律,得到主动轮紧边进入啮合的第一个带齿承受最大法向载荷的结论。考虑同步带材料的特殊性,建立带齿与轮齿啮合的弹性接触有限元数学模型,为后来的仿真分析奠定理论基础。以直齿高齿同步带齿形为基础,利用保角映射法,以齿根最大应力最小为目标,计算带齿的齿根应力,确定最佳带齿齿形参数。根据啮合原理,用齿廓法线法求出新型人字齿同步带模具加工刀具及带轮加工刀具齿形方程,并用MATLAB软件画出相应的齿形。根据人字齿同步带的特点及其特殊加工工艺,完成人字齿同步带组合模具设计。根据人字齿同步带制备的反成型原理,进行人字齿同步带模具滚刀设计和带轮加工刀具的设计。确定新型人字齿同步带的加工工艺,将加工出的带与带轮进行啮合测试。在对人字齿同步带传动进行合理简化的基础上,建立一对人字齿啮合的三维模型,利用ANSYS有限元软件对三维模型进行了受力分析及有限元仿真,得出新型人字齿同步带应力分布状态,说明新型人字齿同步带的齿根断裂是主要的失效形式之一;有限元分析结果还可确定以齿根最大主应力最小为目标时,新型人字齿同步带的最佳螺旋角为30°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 同步带概述
• 1.2.1 同步带发展史概述
• 1.2.2 同步带的国内外研究现状
• 1.2.3 同步带的结构及材料
• 1.2.4 同步带失效形式
• 1.3 新型人字齿同步带介绍
• 1.3.1 人字齿同步带特点
• 1.3.2 新型高齿齿廓的特点
• 1.4 本课题主要研究内容
• 第2章 新型人字齿同步带传动的特性
• 2.1 新型人字齿同步带传动的运动特性
• 2.1.1 多边形效应的形成及影响
• 2.1.2 新型人字齿同步带的多边形效应
• 2.2 新型人字齿同步带传动的动力特性
• 2.2.1 人字齿同步带宏观的受力
• 2.2.2 接触区内带齿的受力
• 2.2.3 带齿变形量的计算
• 2.2.4 带齿的载荷分布
• 2.3 有限元法计算同步带弹性接触受力
• 2.3.1 弹性接触有限元理论
• 2.3.2 弹性接触的算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型人字齿同步带设计
• 3.1 新型人字齿同步带和带轮齿形设计
• 3.1.1 新型高齿圆弧齿齿形方程
• 3.1.2 复变函数法设计齿形参数
• 3.1.3 齿廓法线法设计模具滚刀法面齿形
• 3.1.4 齿廓法线法设计带轮滚刀法面齿形
• 3.1.5 齿形绘制及啮合干涉分析
• 3.2 新型人字齿同步带模具设计
• 3.3 新型人字齿同步带生产工艺的确定
• 3.3.1 基本工艺流程
• 3.3.2 制造误差的控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 新型人字齿同步带传动的仿真分析
• 4.1 带齿与轮齿间的接触问题
• 4.2 带齿与轮齿啮合在ANSYS 分析中的非线性
• 4.3 单对人字齿啮合非线性接触分析
• 4.3.1 单对齿啮合时有限元模型的建立
• 4.3.2 加载及仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历