考虑齿面及轴线偏差的斜齿轮接触有限元分析

摘要

渐开线圆柱齿轮被广泛应用于各行各业，特别是近年来在风电增速齿轮箱中的使用，对其性能提出了更高要求。修形技术对提高齿轮箱传动性能有重要意义，而齿面偏差和轴线偏差是对齿轮强度产生影响的误差因素。本文以一对风电增速齿轮箱斜齿轮为研究对象，通过接触有限元分析深入研究了齿轮修形的原理和方法，并分别讨论了齿面偏差和轴线偏差对载荷分布的影响。主要研究内容如下：
　　 ⑴从刀具齿廓方程出发推导了连续的各段齿廓曲线方程，实现快速精确地建立斜齿轮齿廓，然后从不同修形方式出发，分别对局部模型和整体模型进行建模。结合有限元理论对斜齿轮的网格划分和加载等问题进行了探讨，并将局部模型加载方式与李润方和F.L.Litvin的方式进行对比，以说明本文加载方式的可行性。
　　 ⑵在局部模型和整体模型接触分析结果的基础上，通过分析各变形量之间的关系深入探讨了不同修形方式的原理和方法，并通过对比说明齿廓修形、修鼓和螺旋角修形的不同针对性。通过对齿廓修形后的局部模型和综合修形后的整体模型进行分析，表明所用修形方法能很好地减小顶刃刮行、啮入啮出冲击、端面效应和偏载现象。
　　 ⑶分别研究了齿面偏差和轴线偏差对斜齿轮接触线上载荷分布的影响。将齿面偏差分解为单个齿距偏差、齿廓形状偏差、螺旋线形状偏差、齿廓倾斜偏差和螺旋线形状偏差等五种相互独立的类型，并包括了5级和7级两个精度等级，以局部模型为基础进行接触分析，对比结果可以看出各偏差形式对齿间和齿向载荷分布的影响有很大差别，且随精度等级和载荷大小有所不同，并具有一定程度的可叠加性。对轴线偏差的研究以整体模型为基础，分别针对中心距偏差、轴线平行度偏差以及轴承游隙，对平行度偏差的推荐公式提出了改进建议，考虑轴承游隙的方法能更好地确定轴颈的实际位置，反映更加真实的啮合状况。
　　 ⑷对斜齿轮的有限元分析突出了建模与加载的快速精确，修形数据经企业应用验证显示了较好的效果，对齿面偏差和轴线偏差的分类研究比以往更为细致，能反映出各偏差形式对载荷分布的不同影响以及相似之处，为进一步研究误差对齿轮强度的影响以及设计高性能齿轮箱提供基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究概述

1.2.1 齿轮强度的国内外研究概述

1.2.2 误差对齿轮强度影响的研究概述

1.3 本文的研究内容

2 有限元理论与ANSYS接触分析

2.1 有限元理论

2.2 接触有限元分析

2.3 ANSYS接触分析

2.4 本章小结

3 斜齿轮接触有限元分析与修形研究

3.1 斜齿轮实体建模

3.1.1 齿廓曲线方程

3.1.2 斜齿轮的螺旋齿廓面

3.1.3 UG斜齿轮建模和装配

3.2 局部模型的有限元分析与齿廓修形

3.2.1 局部模型网格划分与加载

3.2.2 局部模型接触应力与齿根应力分析

3.2.3 局部模型接触线的相对变形

3.2.4 齿廓修形研究

3.2.5 不同加载方式的研究

3.3 整体模型的有限元分析与齿向修形

3.3.1 整体模型网格划分与加载

3.3.2 整体模型接触应力与齿根应力分析

3.3.3 鼓形修整研究

3.3.4 螺旋角修形研究

3.4 整体模型修形分析

3.5 本章小结

4 考虑齿面偏差的斜齿轮接触分析

4.1 考虑齿面偏差的斜齿轮接触分析方法

4.1.1 考虑齿面偏差的斜齿轮模型

4.1.2 接触线上载荷分布

4.2 考虑单个齿距偏差的接触分析

4.2.1 考虑单个齿距偏差时的模型

4.2.2 考虑单个齿距偏差时的接触应力

4.2.3 考虑单个齿距偏差时的载荷分配

4.3 考虑齿廓偏差的接触分析

4.3.1 考虑齿廓形状偏差的接触分析

4.3.2 考虑齿廓倾斜偏差的接触分析

4.4 考虑螺旋线偏差的接触分析

4.4.1 考虑螺旋线形状偏差的接触分析

4.4.2 考虑螺旋线倾斜偏差的接触分析

4.5 本章小结

5 考虑轴线偏差的斜齿轮接触分析

5.1 轴线偏差的规定

5.2 考虑中心距偏差的斜齿轮接触分析

5.3 考虑轴线平行度偏差的斜齿轮接触分析

5.3.1 考虑垂直平面上平行度偏差的接触分析

5.3.2 考虑轴线平面内平行度偏差的接触分析

5.4 考虑轴承游隙的斜齿轮接触分析

5.4.1 考虑轴承游隙时的齿轮建模和求解

5.4.2 考虑轴承游隙的分析结果

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢