齿轮热变形对其振动特性的影响研究

摘要

渐开线作为最常用的齿廓曲线,由于它本身的特点,使齿轮副在啮合点处存在相对滑动,产生的摩擦热会造成齿面温度的升高及热变形,影响齿轮副的传动性能。随着对齿轮传动精度要求的提高,这个问题引起了国内外学者的广泛关注。目前的研究可基本分为温度场的计算与热变形研究这两个方向,而将齿轮热变形与齿轮副振动特征相联系的研究却很少。针对这一问题,本文将齿轮热变形和齿轮动力分析结合起来,在对齿廓热变形偏差进行计算的基础上,分析了齿轮副在齿廓热变形条件下的振动特征变化规律。具体研究内容如下:
　　首先,建立了齿轮的ANSYS参数化模型,并用有限元法对齿轮稳态温度场的分布进行了计算,得出了稳态温度场的基本特征:最高温度分布在啮合面中心区域,且分布于较浅的热表层,其余部位温度分布较为平均;转速等外界因素对最高温度值有较大影响,但对于分布情况影响很小。
　　其次,根据平均节点温度及齿轮温度场的分布情况采用均匀温度场模型对渐开线齿廓的热变形进行计算,根据国家标准对齿廓总偏差、齿廓倾斜偏差、齿廓形状偏差的变化量给出了具体的计算公式,并进行了实验验证。由此得出了渐开线齿廓的热变形特性:沿齿根到齿顶,齿体呈现出偏向体外的倾斜正偏差。
　　最后,利用集中参数法建立了齿轮副的非线性振动方程,将热变形引起的齿廓总偏差作为非线性模型中的误差激励进行计算,得出了热变形齿廓总偏差对齿轮副振动特性的影响:在外界激励不变的情况下,随着热变形偏差的增大,速度与加速度响应呈幅值增大的趋势,整体振动响应从简谐响应向亚谐响应转变,但最终并未出现混沌运动。
　　本文的研究将齿轮的热变形与齿轮副振动特征联系起来进行了研究,得出的结论对于齿轮振动控制研究及齿轮修形设计有一定的指导意义。

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表清单

1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 齿轮温度场及热变形理论

2.1 传热理论基础

2.2 齿轮的导热微分方程及边界条件

2.3 热变形理论基础

2.4 本章小结

3 齿轮本体温度场有限元分析

3.1 齿轮本体温度场有限元计算方法

3.2 齿轮热载荷的计算

3.3 有限元模型的建立与求解

3.4 本章小结

4 温升对渐开线齿廓的精度影响分析

4.1 渐开线齿廓的热变形特征

4.2 渐开线齿廓的热变形误差计算

4.3 实验分析

4.4 本章小结

5 齿轮热变形对齿轮副运动特性的影响分析

5.1 齿轮非线性动力学模型的建立

5.2 齿轮非线性动力学方程的求解

5.3 热变形齿廓误差对振动特性的影响分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简历