少齿差传动多齿弹性啮合效应的研究

摘要

少齿差齿轮传动具有传动比大，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应用。 少齿差齿轮传动，由于相邻齿廓工作面间的间隙非常小，在足够大的载荷作用下，齿对的弹性变形有可能大于工作齿廓面间的原始间隙，这些齿对就要发生接触并同时分担载荷，使得齿轮传动的承载能力得到提高。这种由弹性变形引起多齿承载使齿轮承载能力提高的现象称为多齿弹性啮合效应。因此，进行少齿差齿轮传动的多齿弹性啮合效应的研究，对提高少齿差齿轮传动的承载能力，缩小齿轮和整机尺寸，降低制造成本具有重要意义。 本文在综合考虑轮齿弹性变形、法向啮合刚度、基节误差的基础上详细推导了多齿弹性啮合效应的理论模型，并通过有限元仿真实验对该模型的可靠性进行了验证。在误差影响的研究中，将基节误差按正态分布计入齿廓面间的间隙，通过蒙特卡罗随机模拟方法对不同误差分布的大量齿对、大量齿轮副的啮合情况进行了分析，并通过有限元仿真加以验证。研究结果表明：基节误差使得多齿弹性啮合效应对齿轮副承载能力提高的积极作用打了很大的折扣。 针对误差产生的不良影响，本文提出了一种行之有效的补偿方法来弥补齿轮副的承载能力的下降，即用过载的方法使轮齿根部预先形成塑性变形产生残余应力以抵消正常工作时的工作应力，从而使正常工作时的齿根弯曲应力大幅下降。这种方法称为过载强化。本文还针对以悬臂梁模型为基础的齿根弯曲应力计算公式在少齿差齿轮传动齿根弯曲应力计算方面的不足，以有限元模型为基础，通过大量的计算和统计，对该公式进行了合理的修正，使其适用于少齿差齿轮传动，并将多齿弹性啮合效应引入到修正后的公式中。 本文的研究成果对充分而正确地利用多齿弹性啮合效应、提高少齿差齿轮传动的承载能力奠定了坚实的理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 渐开线少齿差行星齿轮传动

1.2 三环传动简介

1.3 多齿弹性啮合效应及其研究现状

1.4 本文的研究意义和内容

第二章 无误差多齿弹性啮合效应的理论计算与有限元仿真

2.1 引言

2.2 多齿弹性啮合效应的数学模型

2.3 多齿弹性啮合效应理论模型的有限元验证

2.3.1 多齿弹性啮合效应的有限元模型

2.3.2 理论计算结果与有限元仿真结果的对比

2.3.3结论

2.4本章小结

第三章 考虑基节误差的多齿弹性啮合效应的理论研究与有限元仿真

3.1 引言

3.2 考虑基节误差的多齿弹性啮合效应的理论模型

3.2.1 多齿弹性啮合效应的理论模型

3.2.2 多齿弹性啮合效应的理论模型的有限元验证

3.2.3 小结

3.3 蒙特卡罗方法简介

3.4 考虑大量主齿对啮合的多齿弹性啮合效应的研究

3.4.1 基于概率统计的大量主齿对啮合情况的研究

3.4.2 计算实例

3.4.3 小结

3.5 考虑大量齿轮副的多齿弹性啮合效应的研究

3.5.1 用蒙特卡罗方法进行研究的思路

3.5.2 一对具有特定基节误差分布的齿轮副的分析

3.5.3 将轮齿所受的载荷作为变载荷处理

3.5.4 多组齿轮副的多齿弹性啮合分析

3.5.5 计算实例

3.5.6 结论

3.6 本章小结

第四章 少齿差传动的过载强化与齿根弯曲应力公式的修正

4.1 引言

4.2 少齿差内啮合齿轮传动的过载强化补偿

4.2.1 塑性变形及过载强化

4.2.2 过载强化的有限元仿真

4.2.3 小结

4.3 少齿差内啮合齿轮传动齿根弯曲应力计算公式的修正

4.3.1齿根弯曲应力计算公式修正的意义

4.3.2基于有限元仿真的齿根弯曲应力计算公式的修正

4.4 本章小结

第五章 总结和展望

附录I

参考文献

作者在攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢