装载机轮边减速器齿轮接触模型分析方法研究

摘要

随着科学技术不断发展和国民经济显著提高，装载机的发展也面临着更多、更高的要求。驱动桥是装载机传动系统中的主要组成部分，而轮边减速器作为驱动桥中减速器的核心部件，不仅是装载机传动系统中各部件之间协调配合的重要保障，也是提高整个装载性能的关键。装载机轮边减速器由行星齿轮机构组成，它的作用主要是通过齿轮传动来实现降速增扭。齿轮传动通过齿轮啮合传递力和运动，齿轮啮合是一种典型的接触问题，在啮合过程中接触齿面间很可能产生点蚀、磨损、塑性变形、断齿等破坏，从而导致齿轮失效。齿轮的接触疲劳强度是表征齿轮承载性能优劣的重要标志，因此，分析齿轮啮合过程中的接触力学问题，提高齿轮接触分析精度很有意义。本文主要以ZL80装载机驱动后桥轮边减速器内一对啮合的太阳轮和行星轮为研究对象，建立了四种不同的齿轮接触模型，并验证了各模型的有效性，为求解齿轮的接触问题提供更多的模型和方法。通过对比分析四种模型的计算结果，得出了各模型求解齿轮接触问题的精度差异，为探索一种更准确、更符合实际的齿轮接触分析方法提供理论依据。
　　首先，在Hertz理论求解接触问题原理的基础上建立了齿轮接触的Hertz模型，并应用此模型求解得到装载机轮边减速器齿轮的接触应力和接触面积。
　　其次，应用有限元法建立了装载机轮边减速器齿轮接触的有限元模型，并在大型有限元软件ANSYS Workbench中进行仿真分析，得到直观的接触应力云图和具体应力值，再通过ANSYS强大的后处理功能通过编程提取出啮合过程中的真实接触面积。
　　再次，应用分形理论表征粗糙表面微观形貌的方法，提出了齿轮表面接触系数，并基于经典的M-B分形模型建立一对齿轮啮合的分形接触模型，使用该模型对装载机轮边减速器齿轮的接触问题进行了计算。
　　然后，提出了一种关于粗糙表面齿轮接触的有限元分析方法，该方法主要利用W-M函数模拟装载机轮边减速器齿轮的三维粗糙表面，应用MATLAB和Pro/E相结合建立具有3D粗糙表面的齿轮接触实体模型，导入有限元软件Workbench中构建两粗糙表面齿轮接触的有限元模型。同时分析了不同载荷和不同表面粗糙度下，装载机轮边减速器齿轮啮合过程中粗糙齿面上微凸体的接触应力、接触变形以及真实接触面积等静力学特征，为粗糙表面齿轮的接触分析提供了一种更为有效的途径。
　　最后，对比和分析了四种装载机轮边减速器齿轮接触模型的计算结果，得出了各模型求解齿轮接触问题的精度差异。结果表明齿轮接触Hertz模型计算接触应力误差较大，接触面积误差适中；有限元模型求出的接触应力相对准确，接触面积误差最大；分形接触模型考虑了齿面微观形貌对接触特性的影响，计算结果较为符合实际；粗糙表面齿轮接触有限元模型有效结合了分形模型和有限元模型的优点，是一种研究粗糙齿面复杂接触行为的新模型，也是一种最能全面模拟粗糙表面齿轮接触真实状态的模型。

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第一章 绪论

1.1 论文背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究意义和主要内容

第二章 装载机轮边减速器齿轮接触Hertz模型及有限元模型

2.1 齿轮接触问题概述

2.2 装载机轮边减速器结构及齿轮参数

2.3 装载机轮边减速器齿轮接触Hertz模型

2.4 装载机轮边减速器齿轮接触有限元模型

2.5 本章小结

第三章 装载机轮边减速器齿轮接触分形模型

3.1 分形理论简介及其在粗糙表面的应用

3.2 齿轮表面接触系数λG的提出

3.3 齿轮分形接触模型的建立

3.4 齿轮分形接触模型的分析检验

3.5 装载机轮边减速器齿轮分形接触模型计算

3.6 本章小结

第四章 装载机轮边减速器齿轮真实表面形貌的分形模拟

4.1 齿轮真实表面形貌分形模拟的必要性

4.2 W-M函数在MATLAB中的模拟

4.3 齿轮渐开线弧长参数化和W-M分形插值

4.4 渐开线曲面上的弧长参数化和W-M分形插值

4.5 本章小结

第五章 基于WB的粗糙表面齿轮接触分析

5.1 粗糙表面齿轮有限元分析

5.2 粗糙表面齿轮有限元计算结果分析

5.3 装载机轮边减速器齿轮不同接触模型分析结果对比

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢