齿面摩擦力对齿根弯曲应力的影响

摘要

齿轮弯曲强度分析是轮齿承载能力、振动、噪声及修形等研究的基础。因此，建立比较精确的分析模型，准确地求解受载轮齿的应力具有重要的意义。 本文主要研究的对象是渐开线圆柱直齿轮。现行的齿轮传动的弯曲疲劳强度设计均忽略了齿面间的摩擦力，实际上齿轮传动即使是在润滑状态下工作的，啮合齿面间不可避免地存在着摩擦力。那么此摩擦力能否被忽略呢?本文以主动轮处于齿预啮合位置时的轮齿为研究对象，通过从理论上进行数值计算和建立有限元模型进行分析，得到了齿面间摩擦力对齿根弯曲应力的影响规律。 首先比较研究了齿根应力的主要计算方法，指出有限元法的广泛应用前景。进而从理论上推导出了考虑摩擦力在内的齿根弯曲应力的计算公式，并得出了影响齿根弯曲应力的摩擦影响因子。然后对齿轮强度分析的有限元精确建模的一些主要的技术环节进行了探讨：根据展成加工原理推导出比较精确的齿形曲线，齿形曲线由渐开线和渐开线的等距曲线组成；采用基于PRO/E的参数化建模的方法，创建出具有复杂边界的轮齿几何模型，当改变齿轮的模型时，只需输入几个参数，极大地方便了对不同参数齿轮的齿根应力进行有限元分析；在进行有限元分析时，分别采用了十节点的四面体单元类型和二十节点的六面体单元类型，并且对一齿模型和三齿模型分别采用不同的单元类型进行分析，得到不同的齿根弯曲应力。 本文在最后将理论计算结果和有限元分析结果进行对照后，得到了齿根弯曲应力随着齿轮齿数和摩擦系数的变化而变化的规律基本一致，摩擦力的影响幅度与摩擦系数f及齿数大小相关。当摩擦系数f＞0.07后，齿轮齿根的弯曲应力可增加5％以上；当摩擦系数f＞0.15后，它可增加高达10％。由此可以看出，在计算齿轮的弯曲疲劳强度时，齿面间的摩擦力不容忽视。在考虑摩擦力对齿根弯曲应力的影响时，可以很方便的在现有弯曲应力的基础上乘以摩擦因子，获得计算结果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章 绪论

1.1引言

1.2齿轮应力的研究综述

1.2.1解析计算方法

1.2.2试验分析方法

1.2.3数值计算方法

1.3齿轮弯曲强度的有限元分析

1.4摩擦力对齿根弯曲应力的影响

1.5课题的提出与主要研究内容

1.6本章小结

第二章摩擦力作用下的齿根弯曲应力的理论计算

2.1渐开线齿轮机构的齿间滑动摩擦系数的的变化规律

2.1.1研究对象的一般参数及符号

2.1.2齿间滑动摩擦力的规律

2.1.3影响摩擦系数的因素

2.2现行的齿根弯曲应力的计算公式

2.2.1力学模型的建立

2.2.2齿根弯曲应力的计算公式

2.3摩擦力作用下的齿根弯曲应力

2.3.1摩擦力作用下轮齿的力学模型及力的分解

2.3.2轮齿齿根危险剖面上的弯矩

2.3.3各几何参数的确定

2.3.4用MATLAB解方程组并绘图

2.4研究结论

2.5齿根应力分布规律

2.5.1齿根弯曲应力图

2.5.2齿根的剪切应力

2.5.3齿根危险截面的压应力

2.6过渡曲线对齿根应力的影响

2.6.1几种过渡曲线

2.6.2过渡曲线的对比结果[1]

2.7计算实例

2.8本章小结

第三章齿轮的参数化建模

3.1平面坐标系变换

3.2基于齿轮展成加工原理的齿廓曲线方程的推导

3.2.1齿轮和滚刀的基本参数

3.2.2渐开线齿廓曲线方程

3.2.3齿根过渡曲线方程

3.3齿轮的参数化建模

3.3.1 Pro/ENGINEER WildFire软件介绍

3.3.2参数化设计

3.3.3 Pro/ENGINEER提供的开发工具与方法

3.4利用PROGRAM进行齿轮的参数化建模

3.4.1进行齿轮的三维特征实体造型实体造型

3.4.2齿轮的三维特征造型步骤

3.5本章小结

第四章齿轮的有限元分析

4.1有限单元法(FINITE ELEMENT METHOD)简介

4.2 ANSYS软件的特点

4.3用有限元分析齿根应力的过程

4.3.1导入计算模型，定边界条件

4.3.2定义单元属性，划分网格，进行离散化处理

4.4有限元分析

4.5结果分析

4.6本章小结

参考文献

附 录

致谢

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