弧齿圆柱齿轮副啮合机理及其传动强度分析

摘要

齿轮传动广泛应用于各种机械设备中，比如车辆、机械工具、减速器和其他传动系统的齿轮箱中。一般地，齿轮主要用于传递一定转速比，增大或减小扭矩。尽管在最近几十年来齿轮的设计制造技术已经大大提高，但是齿轮轴向力的存在以及承载能力的不足制约着齿轮传动技术的发展。因此，研究性能更优越的齿轮十分必要。 本文提出的渐开线弧齿圆柱齿轮是一种新型齿轮传动形式，具有啮合性能好、重叠系数大、轴向力可以相互抵消、传动效率高、抗弯强度大、齿面接触强度好等优点。其优越的传动特性，在大多数应用环境下可以代替直齿、斜齿及人字齿圆柱齿轮的应用，同时具有传动平稳、传动噪声低、效率高、使用寿命长、使用与安装要求低等特征，可以应用到弧齿齿轮泵、弧齿减速器等很多方面，具有广阔的应用前景。 由于该齿轮研究历史不长，目前尚有许多理论和实际应用问题需要解决，例如：受加工技术的限制，齿形参数未有定论，承载能力研究不够深入，加工方法还不理想等等，所以有必要对其进一步研究。 本文介绍了齿轮的发展历史以及研究现状，对齿轮啮合机理做了论述，确定了其几何参数。基于齿轮啮合机理，推导出渐开线弧齿圆柱齿轮副啮合特征，包括齿面方程、共轭齿面方程、啮合线方程以及接触线方程。 本文研究了渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力的计算方法。建立了弧齿圆柱齿轮的模型，运用有限元分析的方法对其齿轮副齿面接触疲劳强度以及齿根弯曲疲劳强度进行了分析，并与其它圆柱齿轮进行比较，显示了其优越的传动特性。本文还对现有弧齿圆柱齿轮加工方法的不足点进行了分析，提出了可靠有效的加工方法。最后对论文做了总结和下一步论文工作的展望。相信随着研究工作的不断深入，弧齿圆柱齿轮将不断完善，在齿轮传动中具有明显的优势，其应用前景十分广阔。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2齿轮传动技术的发展历史及现状

1.3弧齿线圆柱齿轮的特点和研究现状

1.4齿轮承载能力分析研究进展

1.4.1齿轮承载能力计算准则和计算方法的进展

1.4.2齿轮承载能力计算标准的制订情况

1.5本课题主要研究内容

1.6本章小结

第二章齿轮啮合理论

2.1平面啮合的基本原理

2.1.1齿轮的瞬心线

2.1.2齿廓啮合的基本定理

2.1.3确定共轭齿廓的方法

2.1.4共轭齿廓的曲率及其关系

2.1.5平面啮合的根切

2.1.6过渡曲线

2.2空间啮合的共轭齿面

2.2.1共轭齿面的定义

2.2.2相啮齿面的共轭条件

2.2.3共轭齿面的形成方法

2.2.4共轭齿面的确定以及啮合方程式

2.2.5等距共轭齿面

2.3共轭齿面的曲率关系

2.3.1共轭齿面沿任意切线方向的诱导法曲率

2.3.2沿接触线法线方向的诱导法曲率

2.3.3沿相对速度v(12)方向的诱导法曲率

2.3.4诱导短程挠率

2.3.5共轭齿面的曲率干涉

2.4本章小结

第三章渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面啮合特性

3.1渐开线弧齿圆柱齿轮的理想几何参数

3.2齿面方程

3.3共轭齿面方程和啮合线方程

3.4接触线

3.4.1接触线方程

3.4.2接触线总长度S

3.4.3弹性啮合时接触线宽度b

3.5重合度的计算

3.6渐开线弧齿圆柱齿轮的齿面及其共轭齿面与齿面接触线的图形化描述

3.7本章小结

第四章弧齿圆柱齿轮齿面接触疲劳强度分析

4.1弧齿圆柱齿轮齿面接触强度计算公式

4.1.1综合曲率半径

4.1.2单位接触线长度上的法向力ωn

4.1.3齿面接触应力σH计算公式

4.2有限元分析

4.3本章小结

第五章弧齿圆柱齿轮齿根弯曲强度分析

5.1分析模型的建立

5.2渐开线弧齿圆柱齿轮的齿根弯曲强度的分析计算

5.2.1危险截面位置的确定

5.2.2弧齿圆柱齿轮齿根应力分析

5.3弧齿圆柱齿轮有限元分析

5.3.1有限元分析模型的建立

5.3.2约束条件和加载处理

5.3.3有限元网格的生成

5.3.4弧齿圆柱齿轮齿根应力的研究

5.4本章小结

第六章弧齿圆柱齿轮加工方法研究

6.1目前弧齿圆柱齿轮的加工方法研究现状

6.1.1旋转刀盘铣削加工

6.1.2大刀盘分度切齿

6.1.3三刀头旋转切制弧齿圆柱齿轮

6.1.4数控滚切弧齿圆柱齿轮

6.2理想弧齿圆柱齿轮的加工方法

6.3弧齿圆柱齿轮加工机床

6.4本章小结

第七章总结

7.1研究工作总结与主要创新点

7.2研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录