超长复合齿轮的强度仿真与振动分析

论文摘要

根据齿轮在使用中尖峰载荷引起的齿根应力过大从而导致的疲劳断裂、振动噪声过大问题,本论文提出一种新型超长复合齿齿轮结构。本论文研究了超长复合齿齿轮结构设计问题、变形问题、齿轮动力学模态问题以及齿根应力问题。以标准渐开线直齿圆柱齿轮为例,对其结构进行设计。讨论了轮齿渐开线的形成以及渐开线圆柱齿轮正确啮合和连续传动条件,以Solidworks为平台,分别建立标准齿轮,超长齿齿轮三维模型,选择合适的弹性材料,并进行了齿轮系统装配。建立齿轮传动系统的非线性模型,分析了不同激励类型对齿轮振动的影响规律。应用当量齿形法和能量法对开槽单齿进行受载变形分析,推导了齿轮弯曲变形公式,研究了开槽深度对轮齿变形的影响。对齿轮的齿根应力不同计算方法进行了研究,推导了啮合状态下齿轮冲击力的计算公式,分别计算出标准齿轮和超长齿齿轮的瞬时啮合力。对不同齿轮模型进行模态分析,研究了不同情况下齿轮的前六阶固有频率,得出了不同频率下的主振型,模拟仿真结果验证了理论分析的正确性,并为避免齿轮系统发生共振提供了依据。应用ANSYS软件对不同的齿轮模型进行静态分析,分别研究了不同情况下标准齿轮和超长复合齿轮的变形和应力的变化,模拟仿真结果验证了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义及应用前景
• 1.2 国内外齿轮动力学研究概况
• 1.2.1 齿轮非线性动力学研究的现状
• 1.2.2 齿轮系统非线性动力学的发展历程
• 1.2.3 齿轮系统动力学研究目标
• 1.3 论文研究内容
• 第2章 超长复合齿轮结构设计及建模
• 2.1 齿轮的基本参数
• 2.1.1 模数与压力角
• a^*和顶隙系数c^*'>2.1.2 齿顶高系数h_a^*和顶隙系数c^*
• 2.2 渐开线齿轮的正确啮合条件
• 2.2.1 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件
• 2.2.2 渐开线直齿圆柱齿轮的连续传动条件
• 2.3 超长复合齿轮几何结构设计
• 2.3.1 标准圆柱齿轮的原始数据
• 2.3.2 开槽尺寸的确定
• 2.4 槽内填充物的选择
• 2.4.1 橡胶材料的性质
• 2.4.2 橡胶的力学特性
• 2.4.3 选择橡胶材料的基本要求
• 2.5 基于 SolidWorks 的超长复合齿轮建模
• 2.6 本章小结
• 第3章 超长复合齿轮振动分析
• 3.1 齿轮振动的研究概况
• 3.2 齿轮传动系统动态激励的研究概况
• 3.2.1 齿轮传动系统的外部激励
• 3.2.2 齿轮传动系统的内部激励
• 3.3 齿轮传动系统的间隙非线性模型
• 3.4 有限元模态分析
• 3.4.1 超长复合齿轮材料属性
• 3.4.2 模态分析定义
• 3.4.3 齿轮有限元模态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 超长复合齿轮变形分析
• 4.1 齿轮轮齿的变形简介
• 4.2 齿轮轮齿变形的计算
• 4.2.1 轮齿的弯曲变形和剪切变形
• 4.2.2 齿根弹性引起的附加变形
• 4.2.3 啮合点的接触变形
• 4.3 轮齿变形的简化算法
• 4.4 轮齿变形具体算例
• 4.5 本章小结
• 第5章 超长复合齿轮应力计算与分析
• 5.1 齿轮应力分析方法
• 5.1.1 解析计算方法
• 5.1.2 实验分析方法
• 5.1.3 数值计算方法
• 5.2 冲击力的分析计算
• 5.3 基于ANSYS 的有限元仿真
• 5.3.1 ANSYS 简介
• 5.3.2 超长复合齿轮有限元分析
• 5.3.3 结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介