非圆齿轮传动啮合特性分析及承载能力研究

论文摘要

非圆齿轮是一种能够实现变速比传动的齿轮机构,兼有凸轮和齿轮两者的优点,既能实现凸轮的变速传动,又可实现齿轮的精确高效传动。因此,非圆齿轮不仅可以代替传统的凸轮、连杆等变速比结构,而且具有传统机构不可比拟的优点。目前,非圆齿轮传动技术在啮合特性分析、承载能力计算方法研究等方面还存在着一些问题。随着近年来非圆齿轮向动力传动方向的发展,这些问题的解决更显得日益紧迫。本文针对非圆齿轮传动啮合特性分析和承载能力计算等问题进行了深入系统的研究,为其设计制造提供理论依据。本文所做的研究工作主要有：1、研究了非圆齿轮的齿廓生成方法,推导了非圆齿轮齿条刀具和插齿刀加工的齿廓数学方程,并基于Auto CAD平台,通过编程实现了非圆齿轮齿廓的自动生成。2、讨论了非圆齿轮传动的压力角、重合度、传动比、从动轮角速度和角加速度等啮合特性参数与位置角的关系,分析了节曲线极径长变化幅度对传动性能的影响,为非圆齿轮传动质量的评估提供了判断依据。3、探讨了非圆齿轮齿廓上任意位置载荷大小和作用方向的确定方法,分析了转速、重力矩、转动惯量等因素对轮齿载荷的影响,得到了齿廓载荷在单齿对啮合区的变化趋势,为非圆齿轮承载能力计算方法的研究提供了依据。4、基于有限元分析,确定了非圆齿轮最坏载荷作用点的位置。根据悬臂梁理论,从加载位置、力学模型、载荷大小等方面分析了以当量齿轮计算非圆齿轮齿根弯曲应力的可行性。探讨了以当量齿轮计算非圆齿轮的齿根弯曲应力时,对载荷系数、齿形系数、应力修正系数进行的修正。5、通过对当量齿轮副与非圆齿轮副接触位置、接触线长度、齿廓综合曲率半径的比较分析,确定了以当量齿轮计算非圆齿轮齿面接触应力的可行性,并分析了相关修正系数对计算结果准确性的影响。6、通过对有限元法和当量齿轮法计算结果的比较分析,验证了以当量齿轮计算非圆齿轮承载能力的正确性与分析过程的合理性,并以一阶椭圆和二阶椭圆为例,研究了非圆齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力与位置角的关系,探讨了提高非圆齿轮承载能力的设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 非圆齿轮的特点及应用
• 1.2 非圆齿轮的发展及研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 非圆齿轮传动设计计算基础
• 2.1 非圆齿轮节曲线设计
• 2.1.1 节曲线方程
• 2.1.1.1 按要求的传动比函数确定节曲线
• 2.1.1.2 按要求的再现函数确定节曲线
• 2.1.2 节曲线封闭条件
• 12的节曲线封闭条件'>2.1.2.1 传递传动比函数i₁₂的节曲线封闭条件
• 2.1.2.2 实现再现函数y=f（x）的节曲线封闭条件
• 2.1.3 节曲线凸凹性判断
• 12的节曲线凸凹性判断'>2.1.3.1 传递传动比函数i₁₂的节曲线凸凹性判断
• 2.1.3.2 实现再现函数y=f（x）的节曲线凸凹性判断
• 2.2 非圆齿轮传动参数计算
• 2.2.1 压力角
• 2.2.2 重合度
• 2.2.3 节点齿廓综合曲率半径
• 2.2.4 从动轮角速度
• 2.2.5 从动轮角加速度
• 2.3 椭圆及高阶椭圆齿轮传动设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 非圆齿轮齿廓自动生成及啮合特性分析
• 3.1 非圆齿轮的齿廓生成
• 3.1.1 滚齿加工的齿廓生成
• 3.1.1.1 滚齿生成齿廓的运动关系
• 3.1.1.2 齿条刀具的数学模型
• 3.1.1.3 滚齿加工的齿廓坐标计算
• 3.1.2 插齿加工的齿廓生成
• 3.1.2.1 插齿生成齿廓的运动关系
• 3.1.2.2 插齿刀具的数学模型
• 3.1.2.3 插齿加工的齿廓坐标计算
• 3.1.3 非圆齿轮齿廓生成的程序实现
• 3.1.3.1 轮齿在节曲线上位置的确定
• 3.1.3.2 齿顶曲线的确定
• 3.1.3.3 齿廓生成的程序设计
• 3.2 非圆齿轮传动啮合特性分析
• 3.2.1 节曲线
• 3.2.2 传动比
• 3.2.3 压力角
• 3.2.4 重合度
• 3.2.5 节点齿廓综合曲率半径
• 3.2.6 从动轮角速度
• 3.2.7 从动轮角加速度
• 3.3 本章小结
• 第四章 非圆齿轮轮齿载荷分析
• 4.1 非圆齿轮齿廓法向力分析
• 4.2 非圆齿轮齿廓法向力作用方向的确定
• 4.3 非圆齿轮齿廓法向力沿齿廓的变化规律
• 4.4 非圆齿轮节点载荷随位置角的变化规律
• 4.5 非圆齿轮与当量齿轮的齿廓对比
• 4.6 承载能力计算载荷系数分析
• A'>4.6.1 使用系数K_A
• V'>4.6.2 动载系数K_V
• 4.6.3 载荷分布系数
• 4.7 本章小结
• 第五章 非圆齿轮传动齿根弯曲应力计算方法研究
• 5.1 齿根弯曲应力计算方法的理论分析
• 5.1.1 圆柱齿轮齿根弯曲应力计算方法
• 5.1.2 非圆齿轮齿根弯曲应力计算方法
• 5.1.3 齿形和应力修正系数
• F'>5.1.3.1 齿形系数Y_F
• S'>5.1.3.2 应力修正系数Y_S
• 5.2 齿根弯曲应力的有限元分析
• 5.2.1 有限元法简介
• 5.2.2 齿根弯曲应力分析的有限元法
• 5.2.3 不同加载位置齿根弯曲应力的有限元分析
• 5.3 非圆齿轮齿根弯曲应力计算结果分析
• 5.3.1 当量齿轮法与有限元法计算结果对比
• 5.3.2 非圆齿轮齿根弯曲应力变化规律
• 5.4 本章小结
• 第六章 非圆齿轮传动齿面接触应力计算方法研究
• 6.1 齿面接触应力计算方法的理论分析
• 6.1.1 赫兹接触理论
• 6.1.2 接触应力计算位置判断
• 6.1.3 节点齿廓法向力
• 6.1.4 齿廓节点综合曲率半径
• 6.1.5 接触线长度
• 6.1.6 齿面接触应力的计算
• 6.2 齿面接触应力的有限元分析
• 6.3 非圆齿轮齿面接触应力计算结果分析
• 6.3.1 当量齿轮法与有限元法计算结果对比
• 6.3.2 非圆齿轮齿面接触应力变化规律
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要研究内容与结论
• 7.2 本文研究的创新之处
• 7.3 今后研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目