渐开线直齿圆柱齿轮的热分析研究

摘要

齿轮是现代传动中的重要组成部分。它具有传递效率高、传动平稳和传动比准确等优点，被广泛地应用在各大行业之中。随着现代工业对传动系统的要求正在朝着更高效率和更大的工作载荷发展，人们对于传动系统中齿轮的性能要求也越来越高。齿轮的工作环境也更向着高速重载的方向发展，高速重载的工作条件下必然使得齿轮工作温度的升高。齿轮工作时的温度一直是齿轮的一项重要指标，它影响着齿轮的变形量和润滑条件，从而影响着齿轮传动的稳定性和寿命。因此对于齿轮的热分析研究对了解齿轮工作温度，齿轮热变形量及其对齿轮稳定性的影响，齿轮寿命和齿轮失效形式都有重大的意义。 本文基于传热学、摩擦学、齿轮啮合理论、热弹耦合理论等理论基础，通过虚拟实验技术，综合采用理论方法与有限元分析方法，运用ANSYS软件对典型圆柱直齿轮的热平衡温度和变形及其对齿轮啮合的影响进行了研究。本文研究内容主要有如下几个方面: (1)根据齿轮加工条件和啮合原理，以某舰炮塔转向机构机匣中齿轮为样本实例，在有限元软件ANSYS中利用编程语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)建立齿轮参数化模型。 (2)基于摩擦学、传热学和齿轮动力学等理论，对齿轮热平衡温度场进行研究。应用MATLAB软件对齿轮热平衡时各边界条件数值进行参数化计算编程，得到样本齿轮热平衡时各边界条件数值。 (3)在有限元软件ANSYS中对齿轮模型进行处理、划分网格、加载和求解分析，得到齿轮本体无油润滑条件下的温度场分布规律，并与喷油润滑条件下齿轮温度场分布进行对比，讨论润滑条件的改变对齿轮本体温度场分布的影响。 (4)运用有限元法对样本齿轮模型在温度场分析基础上进行热弹耦合分析。对样本齿轮在有限元软件ANSYS中转换分析类型，得到在齿轮热弹耦合下的温度场、变形场和接触应力，分析热弹耦合变形对于齿轮接触应力分布的影响，并讨论其对齿轮传动性能所产生的影响。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景

1．2相关领域研究现状

1．2．1虚拟试验技术

1．2．2齿轮传动系统热分析现状

1．3本文主要工作

第2章齿轮热分析基础理论

2．1齿轮接触分析基础理论

2．1．1赫兹接触理论

2．1．2直齿轮弹性接触理论

2．2传热学基础理论

2．3本章小结

第3章齿轮稳态热分析参数化模型

3．1概述

3．2齿轮热系统模型

3．2．1啮合齿轮稳态热量流动

3．2．2齿轮稳态数学模型

3．2．3齿轮稳态有限元模型

3．3无油润滑齿轮各边界条件的确定

3．4无油润滑齿轮生热量计算

3．4．1齿面啮合平均相对滑动速度的计算

3．4．2齿面滑动摩擦系数的确定

3．4．3啮合齿面间平均接触压应力的计算

3．4．4齿面平均生热量的计算

3．4．5啮合齿面热流密度的计算

3．5无油润滑齿轮对流换热系数计算

3．5．1啮合齿面对流换热系数的计算

3．5．2齿轮端面对流换热系数的计算

3．5．3齿顶面、齿根面及非啮合工作齿面对流换热系数的计算

3．6本章小结

第4章本体温度场有限元分析

4．1本体温度场有限元模型啮合面划分

4．2本体温度场有限元分析单元类型选择

4．3本体温度场有限元模型网格划分

4．4本体温度场有限元分析加载

4．5本体温度场分析结果

4．6本章小结

5．1概述

5．2热弹耦合理论解法

5．3耦合热弹性接触有限元法

5．3．1基于ANSYS齿轮热弹耦合分析步骤

5．3．2热弹耦合有限元分析

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢