弧齿圆柱齿轮副的抗偏载研究

摘要

由于齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等优点，其在机械传动领域得到极其广泛的应用，但是在实际的生产实践中，常因加工误差、安装误差、受力变形等外部因素引起齿轮副偏载，从而导致齿轮的啮合区域异常，严重制约了齿轮的承载能力。为避免传动过程中齿轮副的偏载现象，一方面要提高齿轮的制造、安装精度，加强传动系统的支承刚度;另一方面根据齿轮在传动过程中的啮合方式，有针对性地对齿轮进行修形处理。本论文在研究齿轮的过程中探索应用一种啮合性能更加优越的新型齿轮——渐开线弧齿圆柱齿轮，研究发现该弧齿圆柱齿轮独特的几何特征能够有效地降低传动过程中齿轮偏载的影响，从而减少了因齿轮偏载而引起的啮合面应力集中。
　　论文利用空间几何理论推导出渐开线弧齿圆柱齿轮的齿廓方程、齿面方程以及齿轮副啮合线的表达式，并在此基础上利用Autolisp编程在AutoCAD绘图环境下对弧齿圆柱齿轮的齿面、啮合线及齿面接触线实现计算与图形的绘制;从而说明本论文提出的渐开线弧齿圆柱齿轮副具有全齿宽接触的特征。另外为完善弧齿圆柱齿轮的强度理论，推导出弧齿圆柱齿轮的轮齿弯曲强度和接触疲劳强度的计算公式。
　　论文首次解决了弧齿圆柱齿轮三维造型过程繁琐的难题，建立快速、准确的三维建模系统。基于VB实现了SolidWorks的二次开发，通过渐开线齿形的程序绘制、不同截面的放样成型，完成渐开线弧齿圆柱齿轮的自动建模，在给出相应的参数后能够快速生成齿轮的三维模型。
　　论文基于弧齿圆柱齿轮独特的几何特征分析了弧齿圆柱齿轮抗偏载的原理，利用有限元仿真软件模拟分析相同啮合条件下弧齿、直齿、斜齿的齿面应力情况，结果显示弧齿圆柱齿轮能够明显改善齿轮副齿面的应力状态，另外应力分析结果显示:弧齿圆柱齿轮具有明显的抗偏载特性，修形后抗偏载特性增强。
　　为验证弧齿圆柱齿轮的抗偏载特性，设计出一套试验装置来验证在偏载的情况下弧齿圆柱齿轮副的接触区域。结果显示:弧齿圆柱齿轮副能实现全齿宽接触;在实际工况中存在安装误差的情况下，修形后的齿轮副的啮合区域以齿面中间部分为主，对安装误差不敏感;标准的弧齿圆柱齿轮具有较好的抗偏载特性，进行轮齿凹齿面齿线圆弧半径R TC略大于凸齿面齿线圆弧半径RTV的修行后，抗偏载特性增强。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 齿轮偏载的研究现状及发展趋势

1．2．1 齿轮偏载的产生原因

1．2．2 齿轮偏载的研究现状

1．3 论文研究的意义与内容

1．4 本章小结

第二章 渐开线弧齿圆柱齿轮的几何参数与强度计算

2．1 弧齿圆柱齿轮的几何参数

2．1．1 弧齿圆柱齿轮的齿面方程

2．1．2 弧齿圆柱齿轮副的接触线方程

2．1．3 重合度计算

2．2 基于AutoLISP的齿面、接触线的图形化描述

2．2．1 AutoLISP语言简介

2．2．2 齿面、接触线图形化描述

2．3 弧齿圆柱齿轮的强度计算

2．3．1 弯曲强度计算

2．3．2 接触疲劳强度计算

2．4 本章小结

第三章 渐开线弧齿圆柱齿轮三维参数化自动建模

3．1 基于VB的SolidWorks自动建模方法

3．2 弧齿圆柱齿轮自动建模

3．2．1 弧齿圆柱齿轮的交互式建模

3．3．2 自动建模方法

3．3．3 自动建模流程

3．3 带修形弧齿圆柱齿轮的自动建模

3．4 本章小结

第四章 渐开线弧齿圆柱齿轮副的抗偏载分析

4．1 弧齿圆柱齿轮副啮合几何关系分析

4．1．1 存在安装误差时弧齿圆柱齿轮副的啮合状况

4．1．2 弧齿轮弹性变形量的计算

4．1．3 修形后的弧齿轮副啮合几何关系

4．2 理想的啮合状态下的弧齿圆柱齿轮副受力分析

4．2．1 弧齿轮应力状态分析

4．2．2 直齿轮、斜齿轮应力状态分析

4．3 齿轮轴线不平行时齿轮副应力分析

4．4 弧齿轮齿线半径修形

4．4．1 修形后的应力分析

4．4．2 修形系数选择范围

4．5 本章小结

第五章 弧齿圆柱齿轮副抗偏载试验

5．1 弧齿圆柱齿轮副应力状态的试验验证

5．1．1 试验装置设计

5．1．2 试验结果分析

5．2 弧齿圆柱齿轮减速机的设计与试验

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

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