正交面齿轮传动的动力学分析研究

论文摘要

齿轮传动是机械传动中最基本的传动方式。面齿轮传动是一种新型齿轮传动,它有许多独特的优点,尤其是在高速重载的场合。本文研究了正交面齿轮的齿面生成及啮合特性、正交面齿轮传动的建模和正交面齿轮传动的动力学分析。在正交面齿轮齿面生成的研究中,根据啮合原理中齿面的啮合条件,推导了面齿轮的齿面方程、面齿轮齿顶变尖与齿根根切的条件;推导了面齿轮的最大外径和最小内径的计算方法;通过对面齿轮传动的啮合特性分析,推导出面齿轮齿面和圆柱齿轮齿面的接触轨迹方程,并对无安装误差时的重合度进行了分析。在正交面齿轮传动的建模中,研究了正交面齿轮齿面数据点坐标的生成方法,运用MATLAB计算出面齿轮的最大外径和最小内径,最后建立了面齿轮的三维实体模型。在Pro/E中实现正交面齿轮和圆柱齿轮的装配和运动仿真,检验所建模型是否存在干涉,并对模型进行了相应的修改。在正交面齿轮传动的动力学分析中,运用了振动理论和有限元软件ANSYS对面齿轮的动力学特性进行研究。基于集中参数理论,建立正交面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向移动-扭摆耦合振动的三维空间动力学模型。采用Wilson-θ法,对面齿轮传动系统的动态响应进行了数字仿真,得到了系统的动态响应。在有限元分析中对三维实体模型进行模态分析,并研究了齿数差、接触位置和压力角等对模态的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 面齿轮传动的特点与研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 正交面齿轮的齿面生成和啮合特性分析
• 2.1 正交面齿轮加工中的坐标系与刀具齿面
• 2.1.1 坐标系的建立
• 2.1.2 刀具齿面方程
• 2.2 正交面齿轮的齿面方程
• 2.2.1 刀具齿面与被加工面齿轮接触处的相对速度
• 2.2.2 正交面齿轮的齿面方程
• 2.3 正交面齿轮不产生根切的条件
• 2.3.1 基本理论
• 2.3.2 面齿轮不发生根切的最小内半径
• 2.3.3 计算结果
• 2.4 正交面齿轮齿顶不变尖的条件
• 2.4.1 面齿轮齿顶不变尖的最大外半径
• 2.4.2 计算结果
• 2.5 面齿轮的齿根过渡曲面
• 2.6 正交面齿轮传动的啮合特性分析
• 2.6.1 点接触正交面齿轮传动的原理
• 2.6.2 正交面齿轮传动的啮合分析的基本方程
• 2.7 正交面齿轮传动的重合度分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 正交面齿轮传动的建模与运动仿真
• 3.1 面齿轮的建模
• 3.2 直齿圆柱齿轮建模
• 3.3 正交面齿轮传动运动仿真
• 3.4 计算结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 正交面齿轮传动系统的耦合振动分析
• 4.1 多自由度系统无阻尼自由振动运动方程的求解
• 4.2 多自由度有阻尼系统强迫振动的解法
• 4.3 正交面齿轮传动系统的耦合振动分析
• 4.3.1 面齿轮传动系统的振动模型
• 4.3.2 面齿轮传动系统的振动方程
• 4.3.3 系统振动的激励分析
• 4.3.4 啮合刚度的计算分析
• 4.3.5 齿轮啮合误差的分析
• 4.3.6 系统振动方程的求解
• 4.3.7 齿轮系统的振动响应
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于ANSYS 的正交面齿轮传动模态分析
• 5.1 模态分析的基本概念
• 5.2 面齿轮传动接触问题
• 5.3 模态分析的步骤
• 5.3.1 建立模型
• 5.3.2 指定分析类型和分析选项
• 5.3.3 定义主自由度
• 5.3.4 在模型上施加载荷
• 5.3.5 指定载荷步选项
• 5.4 正交面齿轮传动模态分析
• 5.4.1 导入模型
• 5.4.2 设置单元类型和材料属性
• 5.4.3 划分网格
• 5.4.4 定义接触
• 5.4.5 指定分析类型施加约束条件
• 5.4.6 模态扩展并求解
• 5.5 分析结果及计算结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作和结论
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文