移动基圆变齿厚齿轮齿面研究及动力学仿真分析

论文摘要

研究了一种新型的变齿厚齿轮——移动基圆变齿厚齿轮,它和传统的利用轴向变位形成的变齿厚齿轮在成型原理上有着本质的区别。因为,根据齿轮的基本原理,当一个齿轮有变位系数时,齿轮的齿顶高、齿根高、齿厚和槽宽都将发生变化,当沿齿轮的轴向添加一组有规律的变位系数时,齿轮在沿轴向各端面的齿厚有规律的变化,即形成了传统的变厚齿轮,而传统的变厚齿轮在齿厚变厚的同时,其各端面的齿顶高、齿根高也都随之变化,这就导致传统的变厚齿轮从小端到大端其齿顶圆直径逐渐增大,即沿径向看传统的变厚齿轮是有一个锥度的,这样在沿轴向调隙时就有可能产生干涉,不能完全调隙。而本文研究的移动基圆变齿厚齿轮就解决了这个问题,它的成型原理是:沿着齿轮的轴向,生成变厚齿轮各端面齿廓渐开线的基圆的位置有规律的变化,即:其基圆的圆心形成的直线与变厚齿轮的轴线并不重合,而是和轴线形成一定的夹角,这样变厚齿轮的齿厚就沿着中间端面向一边逐渐变厚或变薄。由于各端节面上变位系数为零或相同,所以在齿厚变厚的同时,其各端面的齿顶高、齿根高也相同,即各端面的齿顶圆直径相同,这样在调隙过程中就不会产生干涉,能达到完全调隙的目的。本文的研究内容如下:①研究了移动基圆变齿厚齿轮的成型原理、几何特点,将其与传统的变齿厚齿轮相比较,体现了移动基圆变齿厚齿轮的优点;根据齿轮的基本原理,提出移动基圆变齿厚直齿轮的插齿、滚齿加工方法以及用标准齿条刀具的加工方法。②结合齿条刀具加工移动基圆变齿厚直齿轮的加工方法,根据齿轮啮合原理,由齿条刀具的齿面方程推导出移动基圆变齿厚直齿轮的齿面方程;并利用Matlab编程对移动基圆变齿厚直齿轮的齿面进行仿真,将得到的各点的坐标值导入Pro/E中,建立其精确的三维模型。③利用前面推导出的齿面方程,根据齿面接触分析的基本原理,建立移动基圆变齿厚直齿轮传动副接触的数学模型,用Matlab编程对其求解,得到其齿面上的接触点和接触迹线,实现了接触分析的可视化。④利用Adams软件,建立了该齿轮传动的动力学模型,对其进行动力学仿真分析,得到了其啮合力曲线,并将其与标准直齿轮传动产生齿侧间隙后的啮合力曲线相比较,体现了调隙的优越性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 移动基圆变齿厚齿轮的研究现状
• 1.3.1 国外移动基圆变齿厚齿轮的研究现状
• 1.3.2 国内移动基圆变齿厚齿轮的研究现状
• 1.3.3 移动基圆变齿厚直齿轮动力学仿真研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 移动基圆变齿厚齿轮的基本原理及加工方法
• 2.1 引言
• 2.2 移动基圆变齿厚齿轮的几何特点
• 2.2.1 普通变齿厚齿轮的几何特点
• 2.2.2 移动基圆变齿厚齿轮的几何特点
• 2.3 移动基圆变齿厚直齿轮的加工方法
• 2.3.1 齿轮轮齿的成形原理
• 2.3.2 齿轮插刀加工移动基圆变齿厚直齿轮
• 2.3.3 滚齿加工移动基圆变齿厚直齿轮
• 2.3.4 齿条刀具加工移动基圆变齿厚直齿轮
• 2.3.5 加工移动基圆变齿厚直齿轮实例
• 2.4 本章小结
• 3 移动基圆变齿厚直齿轮齿面研究
• 3.1 引言
• 3.2 移动基圆变齿厚直齿轮成型原理
• 3.3 齿条刀具的齿面方程
• 3.3.1 齿条刀具的法面齿廓方程
• 3.3.2 坐标系的建立及变换
• 3.4 刀具与移动基圆变齿厚直齿轮的啮合方程
• 3.4.1 单位法矢量
• 3.4.2 相对速度
• 3.4.3 啮合方程
• 3.5 移动基圆变齿厚直齿轮的齿面方程
• 3.6 移动基圆变齿厚直齿轮的齿面仿真
• 3.6.1 齿面仿真分析
• 3.6.2 齿面仿真的扩展
• 3.7 移动基圆变齿厚直齿轮的精确建模
• 3.7.1 精确的实体建模
• 3.7.2 虚拟装配及动态干涉分析
• 3.8 本章小结
• 4 移动基圆变齿厚直齿轮传动副的接触分析
• 4.1 引言
• 4.2 移动基圆变齿厚直齿轮传动副接触数学模型的建立
• 4.2.1 齿面接触分析的基本理论
• 4.2.2 齿轮1、2 的齿面方程及单位法矢量
• 4.2.3 接触的数学模型
• 4.3 移动基圆变齿厚直齿轮传动副接触分析实例
• 4.4 本章小结
• 5 移动基圆变齿厚直齿轮传动副动力学仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 ADAMS 多体动力学方程及数值计算
• 5.2.1 多刚体动力学方程
• 5.2.2 数值计算
• 5.2.3 接触力分析
• 5.3 移动基圆变齿厚直齿轮动力学模型
• 5.3.1 Pro/E 和ADAMS 之间的数据转换
• 5.3.2 动力学模型的约束及接触
• 5.4 移动基圆变齿厚齿轮动力学仿真及结果分析
• 5.4.1 仿真条件
• 5.4.2 动力学仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目