内齿圈过盈联结预应力对其齿根弯曲疲劳强度影响的研究

摘要

在大型的行星传动齿轮箱中，为了减少成本和减小加工难度，通常将内齿圈与箱体过盈联结。但是，箱体与内齿圈过盈联结时，会对内齿圈产生预应力，该应力会对内齿圈的齿根弯曲疲劳强度产生很大的影响。在设计过盈联结的内齿圈时，如果按照普通齿轮的设计方法，会导致内齿圈齿根弯曲疲劳强度不够，造成内齿圈断齿或内齿圈工作寿命不达标，这样会增大齿轮箱的维修成本。因此，设计过盈联结的内齿圈时，必须考虑过盈联结预应力对内齿圈齿根弯曲疲劳强度的影响。
　　本文主要研究内容如下：
　　（1）基于5MW风电发电机偏航变桨减速器，当内齿圈与箱体过盈联结时，将内齿圈等效为厚壁内圆筒，在弹性范围内推导出内齿圈的预应力分布规律，得到内齿圈过盈联结切向预应力的理论曲线。根据计算的内齿圈过盈联结切向预应力公式，选取过盈量δ、内齿圈分度圆直径dd、结合面直径df、箱体外径d4和接触长度lf五个主要因素，确定出五因素四水平的正交试验方案。
　　（2）根据正交试验的数据，以SolidWorks为工具，建立内齿圈与箱体过盈联结的模型。以 ABAQUS为工具，模拟内齿圈与箱体的过盈联结，分析得到内齿圈过盈联结预应力的仿真曲线。
　　（3）采用X射线衍射方法展开实验，测量内齿圈与箱体过盈联结时内齿圈的预应力数值，得到内齿圈过盈联结预应力的实验曲线，对比理论曲线、仿真曲线和实验曲线，得到内齿圈过盈联结预应力公式的修正系数。
　　（4）根据齿根弯曲疲劳强度的计算过程，将内齿圈的啮合载荷与过盈联结预应力对危险截面的载荷合成，得到修正的内齿圈弯曲疲劳强度条件式。
　　（5）根据修正的内齿圈弯曲疲劳强度公式，基于Microsoft Visual C++编程语言开发过盈联结齿轮传动的参数设计软件，应用于过盈联结的齿轮传动设计。

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物理量名称及符号表

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 过盈联结国内外研究情况

1.3 齿轮过盈联结研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 内齿圈过盈联结预应力建模与实验方案设计

2.1 过盈联结厚壁圆筒理论计算基础

2.2 内齿圈过盈联结预应力的数学模型

2.3 内齿圈过盈联结实验方案设计

2.4 本章小结

第3章 内齿圈过盈联结有限元分析

3.1 ABAQUS系统简述

3.2 接触问题的有限元分析方法介绍

3.3 内齿圈与箱体过盈联结有限元分析模型

3.4 有限元模型验证

3.5 内齿圈过盈联结预应力影响因素分析

3.6 本章小结

第4章 内齿圈过盈联结预应力的测量

4.1 X射线衍射实验基础

4.2 内齿圈过盈联结的X射线衍射实验

4.3 内齿圈过盈联结预应力测量结果分析

4.4 本章小结

第5章 过盈联结内齿圈齿根弯曲疲劳强度公式的修正

5.1 齿根弯曲疲劳强度计算基础

5.2 内齿圈齿根弯曲疲劳强度校核公式的修正

5.3 本章小结

第6章 过盈联结内齿圈设计软件系统开发

6.1 Microsoft Visual C++语言

6.2 过盈联结内齿圈设计软件整体方案

6.3 过盈联结内齿圈设计软件开发

6.4 计算实例

6.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录

读硕士期间所发表的论文与参与的科研项目