基于径向基函数的直齿圆柱齿轮传动摩擦系数反求方法

摘要

齿轮摩擦特征与规律的研究对于减少齿面磨损、降低振动噪声、改善传动性能和提高疲劳寿命等具有重要意义。在表征齿面摩擦的诸多参数中，摩擦系数是最重要、最直观的参数。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象，采用理论分析与数值模拟及台架试验相结合的方法，基于径向基函数模型和多岛遗传算法，对直齿轮的齿面摩擦系数进行反求，并分析了润滑状态、工作参数等对齿面摩擦系数的影响。主要研究内容有：
　　（1）直齿圆柱齿轮几何模型与有限元建模。根据齿轮啮合原理及展成加工方法，得到齿轮齿廓曲线方程。基于MATLAB与ANSYS/APDL的混合建模方法，实现齿轮的参数化建模，并建立了齿轮有限元模型，计算齿根弯曲应力。
　　（2）直齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析与试验测试。根据齿间载荷分配系数，得到齿轮沿啮合作用线的载荷分布。在均布载荷作用下，得到齿宽方向的轮齿变形、齿根弯曲应力分布和齿高方向的齿根应力沿啮合线的变化曲线。基于电封闭试验台和LabVIEW的齿根动态应力测试系统，测量齿轮转速、转矩及齿根弯曲应力。将有限元仿真结果与试验测试结果对比，验证测试结果的正确性。
　　（3）基于径向基函数的直齿轮传动摩擦系数反求。采用拉丁超立方法进行试验设计，采用径向基函数构建齿轮代理模型，以有限元计算的齿根弯曲应力和试验测试的弯曲应力为变量构建目标函数，采用多岛遗传算法反求啮合点的摩擦系数。将反求结果与其他研究者提出的摩擦系数计算式进行对比，验证该方法的合理性。
　　（4）齿面摩擦系数影响因素分析。不计温度和传动误差的影响，分别在无/有润滑状态下分析了转速和转矩对摩擦系数的影响，反求了齿面的摩擦系数。在无/有润滑时，转速对摩擦系数的影响较小，转矩对摩擦系数的影响较大，摩擦系数随转速增大而减小，随着转矩的增大而增大。这与其他研究者关于齿面摩擦系数的结论相一致。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2齿轮摩擦系数测算方法与代理模型研究现状

1.3 主要研究目标与内容

1.4 本章小结

第2章 直齿圆柱齿轮几何模型与有限元建模

2.1直齿圆柱齿轮几何建模

2.2直齿圆柱齿轮有限元模型

2.3 本章小结

第3章 直齿轮弯曲强度有限元分析与测试

3.1直齿轮弯曲强度有限元分析

3.2 基于电封闭试验台的齿根动态应力测试

3.3 测试结果及对比分析

3.5 本章小结

第4章 基于径向基函数的直齿轮传动摩擦系数反求

4.1 直齿圆柱齿轮代理模型

4.2 直齿轮传动中齿面摩擦系数反求

4.3 本章小结

第5章 直齿轮传动齿面摩擦系数的影响因素分析

5.1无润滑状态下不同转速与转矩对齿面摩擦系数的影响

5.2有润滑状态下不同转速与转矩对齿面摩擦系数的影响

5.3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间学术论文发表及项目研究情况）