非对称齿轮滚刀设计及弹流润滑分析

摘要

非对称渐开线直齿轮是一种新型齿轮，其特点是，(1)在非对称渐开线圆柱齿轮两侧齿面上，具有不同的压力角；(2)工作齿侧和非工作齿侧是由不同基圆展成的渐开线。非对称齿廓渐开线齿轮与对称齿廓渐开线齿轮相比，具有承载能力高，润滑状态好，振动噪声小等优点，因而具有极大的工程应用价值。 尽管非对称齿轮相对对称齿轮来说，有很多优点，但是到目前为止还没有一款真正的刀具来加工制造非对称齿轮，由于滚刀是加工直齿和斜齿(即螺旋齿)圆柱齿轮最常用的一种刀具，因此设计一款非对称齿轮的滚刀，是双压力角非对称齿廓渐开线齿轮能够被广泛运用的关键。 双压力角非对称渐开线齿轮工作齿侧使用大压力角，非工作齿侧使用小压力角，因而工作齿侧综合曲率半径增大，继而油膜厚度增大，润滑状态得到改善。因此对双压力角非对称渐开线齿轮进行弹性流体动力润滑分析，具有极大的实用价值。且目前国内外学者只对常规渐开线齿轮的弹流润滑问题作研究，尚未将弹流动力学应用到双压力角非对称渐开线齿轮中，因此在我国开展双压力角非对称渐开线齿轮的弹流动力学理论研究具有很重要的理论意义。 本文的主要研究内容和特色在于： (1)文中从齿轮啮合和滚刀设计的基本原理出发，提出了非对称渐开线圆柱齿轮滚刀的设计方法，推导了相应的计算公式，同时给出了计算实例，实现了非对称齿轮滚刀的参数化实体建模；同时根据齿轮加工原理，分别用面向对象的VB和AUTOLISP语言对非对称齿轮范成加工进行参数化编程，模拟仿真出非对称齿轮加工的包络过程，为新型非对称齿轮的加工制造和实验研究奠定了良好的理论基础； (2)运用INVENTOR的二次开发软件VBA编制了对称齿轮和非对称齿轮的参数化建模程序，并运用ANSYS对非对称齿廓渐开线齿轮进行模态分析，求得非对称齿轮的各阶固有频率和振型，从而可以避免系统工作时发生共振或出现有害振型，为结构系统的动态响应计算和分析打下基础； (3)推导了求解非对称齿廓渐开线齿轮的刚度和动载荷的公式，并分别用MATLAB编制了其求解程序，可方便有效的对非对称齿轮的刚度和动载荷进行求解。为后面对非对称齿廓渐开线齿轮进行瞬念弹流润滑分析打下基础； (4)考虑动载荷，变曲率的情况下，应用Newton-Raphson法对非对称齿轮啮合线上的五个特殊点的油膜厚度和压力分布进行了计算分析，得到了非对称齿轮传动的弹流润滑过程的基本特征，并与对称齿轮传动弹流润滑过程的基本特征进行比较，得出双压力角非对称齿廓渐开线齿轮油膜厚度大，润滑状态好的结论，对非对称齿轮的磨损和胶合的研究具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

引言

1文献综述

1.1课题来源及意义

1.2国内外相关研究现状及发展趋势

1.3本研究课题的特色与创新之外

1.4论文主要研究内容

2非对称渐开线齿轮滚刀设计

2.1滚刀实质

2.2滚齿原理

2.3渐开线齿轮滚刀设计原理

2.3.1滚刀设计的基本要求

2.3.2非对称齿轮滚刀的造形

2.4非对称齿轮滚刀的设计计算过程

2.5非对称齿轮滚刀设计实例

2.6滚刀的三维建模

2.7非对称齿轮范成加工的计算机仿真

2.7.1范成法的原理

2.7.仿真范成法的包络过程

2.7.3仿真范成法的切削过程

2.8本章小结

3非对称渐开线齿轮传动的振动分析

3.1非对称齿轮轮齿的刚度分析

3.1.1当量齿形法几何计算

3.1.2柔度计算

3.1.3计算结果分析

3.2非对称齿轮传动动载荷分析

3.2.1运动微分方程

3.2.2受迫振动分析

3.2.3计算结果分析

3.3非对称齿轮振动模态分析

3.3.1非对称齿轮的模型建立

3.3.2模态有限元仿真分析

3.3.3本章小结

4非对称齿轮弹流润滑分析

4.1非对称齿轮传动弹流计算的简化模型与参数计算

4.1.1非对称齿轮传动弹流计算的简化模型

4.1.2非对称齿轮的几保参数计算

4.1.3计算啮合线上点的曲率半径及速度

4.2非对称齿轮传动弹流计算的基本方程组

4.2.1基本假设

4.2.2雷诺方程

4.2.3弹性变形方程

4.2.4润滑油的粘度和密度方程

4.2.5载荷方程

4.2.6边界条件

4.3基本方程组的求解

4.3.1弹流润滑基本方程的数值计算方法

4.3.2方程组的无量纲化

4.3.3方程组的网络划分及差分离散化

4.3.4雷诺方程的求解

4.3.5计算框图

4.4非对称齿轮弹流润滑计算结果分析

4.5非对称齿轮热弹流润滑分析

4.5.1基本方程组

4.5.2热弹流润滑问题的数值计算与结果分析

4.6本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢