直齿面齿轮齿面生成方法与啮合仿真

摘要

面齿轮传动是由圆柱齿轮和圆锥齿轮组成，早在上个世纪40年代就被提出，但是其发展是在近几年中，相对其它已广泛应用的传统齿轮来说，面齿轮传动算是一种新型齿轮传动。在国外李特文等人对面齿轮传动的发展做出了重要贡献，而且面齿轮传动技术已被试验应用于直升机传动系统，发现其有很多的优点。面齿轮的研究在国内刚刚起步，只有少数人研究，也没有实际应用过。进行面齿轮研究对国内齿轮发展有着重要意义。 文中以和直齿圆柱齿轮啮合的面齿轮为研究对象，研究内容包括了模型生成和啮合分析，主要涉及面齿轮数值齿面生成、面齿轮加工仿真、啮合分析和有限元分析。研究采用了计算机辅助设计，应用CAD软件和FORTRAN语言，运用微分几何、啮合原理和有限元理论及分析。 面齿轮模型生成采用了两种方法。一种为几何法，利用齿轮啮合原理和微分几何的知识建立了啮合方程，由已知的直齿圆柱齿轮刀具的齿面求出其加工的面齿轮，利用数值计算方法计算了齿面上点的坐标，并通过插值的方法形成了数值齿面。第二种为直接仿真法，介绍了两种仿真法：一种是以AutoCAD为平台，使用其内嵌的．AutoLISP语言进行仿真；另一种为基于特征线的直接数值仿真，通过简化面齿轮仿真加工中的布尔运算，采用FORTRAN语言编制仿真程序。 面齿轮啮合分析包括了两部分。一部分为齿轮安装误差的分析，在已形成的齿面上，通过TCA法分析面齿轮传动时安装误差对啮合域的影响，并计算了面齿轮传动的传动误差，以此指导面齿轮应用中安装位置的调整。第二部分为单刘齿啮合静态分析，应用有限元方法分析面齿轮传动中单对齿啮合的静态力学特性，分析过程包括：模型离散，单元分析生成单元刚度矩阵，整体分析生成总刚度矩阵，啮合域的确定，施加载荷和数值求解。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2国内外面齿轮发展现状

1.3本文概述

第二章面齿轮传动几何知识

2.1引言

2.2面齿轮加工

2.3面齿轮几何参数

2.4瞬时转动轴和节锥

2.5面齿轮和传动直齿轮点接触的形成

2.6 小结

第三章几何法生成面齿轮齿面

3.1引言

3.2坐标系的选择

3.3 刀具齿轮齿面方程

3.4生成面齿轮齿面

3.4.1啮合方程的确定

3.4.2面齿轮工作齿面的生成

3.4.3面齿轮齿根过渡区域的确定

3.4.4面齿轮齿面上的过渡曲线

3.5有效齿长的确定

3.5.1面齿轮的根切

3.5.2面齿轮的齿项变尖

3.6小结

第四章仿真法生成面齿轮齿面

4.1引言

4.2 CAD仿真

4.2.1刀具模型的建立

4.2.2面齿轮的生成

4.2.3 CAD仿真小结

4.3面齿轮数值仿真

4.3.1应用坐标系

4.3.2刀具齿轮齿面

4.3.3确定特征直线

4.3.4搜索齿面点

4.3.5过渡曲线的确定

4.3.6齿长的确定

4.3.7数值仿真小结

4.4小结

第五章啮合域分析

5.1引言

5.2点接触的形成

5.3啮合分析坐标系

5.4啮合迹方程

5.5传动误差的确定

5.6确定齿面啮合域

5.7安装误差对啮合域的影响

5.8小结

第六章单对齿啮合静态分析

6.1引言

6.2模型离散

6.3单元分析

6.4整体分析

6.5啮合域的确定

6.6施加载荷

6.7数值求解

6.8算例

6.9小结

第七章总结和展望

7.1论文总结

7.2进一步研究展望

参考文献

攻读研究生期间发表论文

致谢