基于齿根弯曲强度的单圆弧磨前滚刀优化研究

摘要

采用滚-磨工艺的渗碳淬火硬齿面齿轮由于较高的承载能力和传动效率、低振动、低噪声、较广的功率及速度适应范围等优点成为主要的现代齿轮传动形式。实际生产中经常采用的用同一把磨前滚刀加工啮合齿轮副大、小齿轮的方法往往不能发挥出齿轮副的最大齿根弯曲承载能力。根据啮合齿轮副大、小齿轮齿数的不同选取设计/合适的磨前齿轮滚刀在理论及实践上均有现实意义。
　　通过分析提高齿轮弯曲强度的方法，以直齿轮副为研究对象，从改善磨前滚刀滚切形成的齿根过渡曲线方面入手，将轮齿弯曲应力与磨前滚刀的相关参数建立了联系，从理论上证明了优化磨前滚刀在充分发挥齿轮弯曲强度方面是可行的。本文主要完成了以下工作：
　　1、通过分析GB/T3480的齿根弯曲应力公式，将磨前滚刀相关参数与齿根弯曲应力建立了联系，然后以降低齿根弯曲应力为目标对磨前滚刀的相关参数进行了优化；基于齿轮啮合原理，将由磨前滚刀展成出的磨前直齿圆柱齿轮齿廓曲线的数值解推导出；
　　2、利用MATLAB的强大计算功能和SolidWorks的简便的三维建模功能，建立了具有复杂边界的用于弯曲强度限元分析的齿轮三维模型，分析了界定边界范围的方法、载荷加载的恰当位置等；
　　3、结合齿轮副工作时的实际情况，使用ANSYS分析了若干齿轮副分别由标准磨前滚刀与优化的磨前滚刀展成出的具有精确齿形齿轮的最大齿根弯曲拉应力，与 GB/T3480相关公式的计算结果对比，表明模型正确、边界范围及加载位置选取适当，进一步证明优化的可行性及优化结果的正确性；
　　4、通过对分别由标准磨前滚刀及优化的磨前滚刀展成的齿轮副的齿根弯曲应力有限元分析结果及 GB/T3480计算结果的分析得到以下主要结论：①使用同一把标准磨前滚刀加工不同齿数组合齿轮副的齿轮不能发挥其潜在的弯曲承载能力；②采用优化加工刀具相关参数的方法可以有效降低齿根的弯曲应力，从而提高齿轮的承载能力。

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第一章 绪论

1.1 渐开线直齿圆柱齿轮齿根过渡曲线的形式

1.2滚—磨工艺下的齿形及齿轮滚刀

1.3 影响齿根强度的因素

1.4 国内外研究现状

1.5选题依据及意义

1.6 研究的基本内容、拟解决的主要问题

1.7 本章小结

第二章 齿根弯曲强度的计算及优化

2.1 齿根弯曲强度计算

2.2 齿根弯曲强度优化

2.3 优化计算及结果

2.4 结果考核及验证

2.5 本章小结

第三章 基于磨前滚刀加工的直齿圆柱齿轮齿廓求解

3.1 单圆弧磨前滚刀简介

3.2 坐标系变换

3.3 齿廓曲线方程求解

3.4 共轭曲线的数值合成

3.5本章小结

第四章 齿轮三维实体模型

4.1 建模软件简介

4.2 齿廓曲线的建立及关键点数据的提取

4.3 本章小结

第五章 有限元分析模型

5.1 有限元法简介

5.2 有限元分析模型的建立

5.3 载荷施加

5.4 本章小结

第六章 不同齿数组合齿轮副齿根弯曲应力的计算结果及讨论

6.1齿根弯曲应力的影响因素

6.2 齿根弯曲应力有限元分析结果

6.3 计算结果及讨论

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1本文的主要结论

7.2展望

参考文献

致谢

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