船舶斜齿轮动力学分析及齿廓修形

摘要

随着工业化的持续发展，齿轮传动系统由于传动比恒定、使用寿命长、传递功率大等特点被广泛应用于各行各业。齿轮传动整个过程非常复杂，载荷的波动以及齿轮侧隙都会加剧齿轮的振动和噪声。因此，人们对传动性能的要求也越来越高，研究齿轮传动系统的动态特性，对提高齿轮的承载能力、减振降噪、减少疲劳损伤有着重要的意义。
　　本文的研究对象是船舶的大型齿轮传动系统。通过静力学和动力学分析方法，考虑齿侧间隙对系统激励的影响，研究了不同的齿廓修形，通过修形改善了齿轮啮合过程中的时变负载扭矩和接触应力。本文主要工作内容如下:
　　1.对斜齿轮参数化建模，并在ANSYS Workbench中建立了齿轮副的有限元接触模型，分析了齿轮在啮合过程中不同啮入啮出位置的静态接触变形、接触应力和接触压力等特征。
　　2.通过仿真实验，确定了齿轮副接触表面的刚度系数、阻尼系数和碰撞指数等参数。利用ADAMS建立齿轮传动系统刚柔耦合模型，并考虑齿侧间隙的影响，得到了齿轮副的动态啮合力和时变负载扭矩。
　　3.在ANSYS Workbench中对齿轮箱传动系统有限元模型进行模态分析，得到了系统所关心的固有频率。应用AWE瞬态动力学模块，将时变负载扭矩作为动态激励，得到了齿轮副随时间变化的接触应力曲线和接触压力曲线，从而分析整个啮合过程中载荷突变的变化规律。
　　4.通过确定齿廓修形参数，提出了长修形和短修形两种方案。对修形后的齿轮副啮合传动进行了静力学和动力学接触性能的分析比较，发现:齿廓修形有效改善了齿面等效应力分布情况，减小了负载扭矩和接触应力的变化幅值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 齿轮接触动力学的研究现状

1．2．2 齿轮修形的研究现状

1．3 本课题主要研究工作

1．4 本章小结

第2章 斜齿轮接触静力学分析

2．1 齿廓渐开线成形理论

2．1．1 坐标系下的渐开线方程

2．1．2 在Pro／e中创建渐开线方程

2．2 齿轮接触理论

2．2．1 角变位斜齿轮的接触分析

2．2．2 斜齿的Hertz接触理论

2．3 斜齿有限元建模及分析

2．3．1 有限元接触理论

2．3．2 有限元模型的建立

2．3．3 有限元模拟及结果分析

2．4 本章小结

第3章 基于ADAMS的斜齿轮动力学分析

3．1 ADAMS简介

3．1．1 软件概述

3．1．2 ADAMS与Pro／E之间的数据接口

3．2 多体系统动力学理论

3．2．1 多刚体动力学理论

3．2．2 多柔体动力学理论

3．2．3 仿真参数的确定

3．2．4 刚柔耦合模型的建立

3．3 考虑侧隙的动力学仿真

3．3．1 齿侧间隙的非线性理论

3．3．2 时变负载的提取

3．4 本章小结

第4章 斜齿轮瞬态动力学有限元分析

4．1 齿轮箱系统的模态分析

4．1．1 模态分析理论

4．1．2 齿轮箱传动系统有限元模型的建立

4．1．3 模态分析结果

4．2 斜齿轮瞬态动力学分析

4．2．1 间隙非线性动力学模型

4．2．2 有限元模型的建立

4．2．3 瞬态动力学有限元分析结果

4．3 本章小结

第5章 斜齿轮修形的相关研究

5．1 轮齿的变形和修形计算

5．1．1 渐开线啮合传动特性

5．1．2 齿廓修形原理

5．1．3 修形参数的确定

5．2 斜齿轮修形后结果

5．2．1 修形后静力学结果比较

5．2．2 修形后动力学结果比较

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果