双圆弧齿轮啮合特性分析及优化设计研究

摘要

齿轮传动足目前各类机械传动中应用最广泛的一种传动方式，所以齿轮传动常常会被认为是工业化的象征。一个国家齿轮传动技术的发展水平往往决定着这个国家机械化和工业化的水平。双圆弧齿轮相比普通渐开线齿轮有着更多的优点。首先，双圆弧齿轮的承载能力较大，由于结构相比较更合理齿轮的齿根弯曲强度和齿面接触强度都比较高，相同的尺寸和材料下可以承受更大的载荷；其次，双圆弧齿轮有着很好的润滑性能，在传动中更容易在齿面形成动压油膜，这样可以提高齿轮的寿命；最后，双圆弧齿轮不存在根切现象，所以尺寸可以做的更小。但是，双圆弧齿轮也存在一定的缺点。双圆弧齿轮是一个空间螺旋体，结构相当复杂，设计和加工比较困难，所以在设计中就对设计人员和设计方法有着更高的要求，这也是本课题需要改进的地方。
　　 本课题选择针对GB/T12759-1991双圆弧齿轮进行分析。课题依次从双圆弧齿轮齿轮的啮合特性、参数化建模、优化设计和有限元分析等方面进行了分析。这样的研究方式恰好适合设计双圆弧齿轮的过程，既了解了双圆弧齿轮的啮合与传动特点，又利用了强大的软件进行辅助设计提高了设计效率和精度。
　　 本文对双圆弧齿轮的齿面生成和啮合过程进行了分析，推导出来双圆弧齿轮的齿面方程，进一步了解了双圆弧齿轮的啮合特性，并得到了齿廓基本参数的选择方法。然后，进行参数化建模，本文使用了pro/e软件对双圆弧齿轮进行了参数化建模。利用MATLAB优化设计工具箱，本文对双圆弧齿轮进行了优化设计，得到一组齿形参数使得齿轮体积尽可能的减小。最后，利用ANSYS软件的有限元分析功能对优化过后的参数下参数化建模重生的模型进行弯曲应力和接触应力进行分析，通过对分析结果的对比，可以加深对齿轮啮合特性的理解，同时也验证了优化设计结果的可行性。