内齿行星齿轮减速器轮齿啮合动态过程的模拟及虚拟装配

摘要

内齿行星齿轮减速器属于新型少齿差内啮合行星齿轮传动机构，这种传动方式原理新颖，具有传动比大、承载能力强、体积小、结构简单等诸多优点，在很多领域已得到了广泛应用。 内齿行星齿轮减速器由于其内、外齿轮齿数差很小，因此可能产生各种干涉。本文在综合考虑各限制条件的前提下，利用MathCAD软件强大的计算、绘图功能，自动绘制出不同传动比和中心距系列的内齿行星齿轮减速器的封闭图，并用内心法选取一个可行的变位系数值，然后进行内齿行星齿轮减速器整体的结构设计，以确定输入轴、输出轴、行星轴承和内齿板等的几何参数。 内齿行星齿轮减速器中的齿轮副在足够大的载荷作用下，实际啮合齿数会大于理论啮合齿数，使得内齿行星齿轮减速器中齿轮副的承载能力大大提高。我们将齿轮啮合过程中因多齿啮合而导致齿轮副承载能力提高的现象称为弹性啮合效应。考虑内齿行星齿轮减速器中的弹性啮合效应对于提高减速器的承载能力、缩小设计尺寸、降低制造成本具有重要的意义。本文在考虑内外齿轮工作齿廓理论间隙、轮齿弹性变形的基础上，建立了减速器弹性啮合的理论分析模型，得到了同时啮合的齿对数和各齿对上的载荷分配情况。提出了在齿轮的强度计算中考虑到弹性啮合效应的方法。 内齿行星齿轮减速器属于过约束机构，其受力情况比较复杂。本文分析了减速器各构件的弹性变形，推导了相应的弹性变形协调条件，建立了系统的弹性静力分析模型，并分析了系统的受力状况。在这个模型中，计入了输入轴和支承轴的弹性弯曲变形、齿轮副的弹性变形、输入轴与支承轴行星轴承的弹性变形以及输出轴支承轴承的弹性变形等。 最后，利用Pro/E软件强大的参数化三维建模功能，对内齿行星齿轮减速器进行虚拟装配及运动仿真，以检验各主要参数计算的正确性。

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第一章绪论

1.1内齿行星齿轮减速器的传动原理和特点

1.1.1内齿行星齿轮减速器的传动原理及布置形式

1.1.2内齿行星齿轮减速器的优缺点

1.2内齿行星齿轮减速器的研究现状

1.2.1受力情况的研究

1.2.2振动与噪声的控制

1.2.3润滑和均载的研究

1.2.4弹性啮合效应的研究

1.3 MathCAD软件简介

1.4本论文的主要研究内容

第二章内齿行星齿轮减速器几何参数的计算

2.1减速器产品的系列化

2.2齿轮副参数计算的相关公式

2.3不发生干涉的限制条件

2.4变位系数的确定

2.5减速器的结构设计

2.6 MathCAD中的计算

第三章内齿行星齿轮减速器弹性啮合效应的分析

3.1弹性啮合效应的理论介绍

3.2轮齿啮合刚度的计算

3.3工作齿廓间隙的计算

3.3.1进入啮合之前的齿廓间隙

3.3.2脱离啮合之后的齿廓间隙

3.4实际啮合齿数及载荷分配的计算

3.5 MathCAD中的计算

第四章内齿行星齿轮减速器弹性静力学分析

4.1各子系统的弹性静力学方程

4.2轴承刚度的计算

4.3 MathCAD中的计算

第五章Pro/E中内齿行星齿轮减速器的三维建模及运动仿真

5.1 Pro/E软件简介

5.2减速器的参数化建模

5.3减速器的装配及运动仿真

第六章全文总结和展望

致谢

参考文献

附录A：系统整体刚度矩阵的组成

攻读硕士学位期间发表的学术论文