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【6h】

弧齿锥齿轮啮合刚度计算模型及传动系统振动特性研究

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目录

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景与意义

1.3 弧齿锥齿轮齿面设计与动力学研究现状

1.3.1 弧齿锥齿轮齿面设计研究

1.3.2 弧齿锥齿轮啮合刚度研究

1.3.3 弧齿锥齿轮传动系统动力学研究

1.4 本文主要研究内容

2 基于齿面主动设计的弧齿锥齿轮几何模型

2.1 引言

2.2.1 大轮切齿加工参数

2.2.2 大轮齿面方程

2.3 齿面主动设计方法

2.3.1 选定三个设计啮合点

2.3.2 确定设计参考点

2.3.3 设计参考点处的大轮啮合转角

2.3.4 设计参考点处的小轮啮合转角

2.3.5 确定其余两个设计啮合点

2.4.1 小轮切齿加工参数

2.4.2 小轮齿面方程

2.5 算例

2.5.1 大小轮加工参数及三维几何模型

2.5.2 接触参数对齿面啮合接触印痕的影响

2.6 本章小结

3 改进的弧齿锥齿轮时变啮合刚度计算模型及传动误差研究

3.1 引言

3.2 啮合刚度/传动误差计算模型

3.2.1 改进的啮合刚度

3.2.2 基于显式动态分析的传动误差

3.3 基于显式动态分析的时变啮合刚度和传动误差

3.3.1 弧齿锥齿轮副转配体模型及有限元网格模型

3.3.2 显式动态分析参数设置

3.3.3 齿面网格节点接触力与弹性变形量

3.3.4 时变啮合刚度及传动误差

3.4 负载扭矩对时变啮合刚度和传动误差的影响

3.5 预置接触参数对时变啮合刚度和传动误差的影响

3.5.1 接触椭圆长轴长度

3.5.2 接触轨迹方向

3.6 本章小结

4 弧齿锥齿轮传动系统动力学建模及固有特性

4.1 引言

4.2 各单元节点有限元模型

4.2.1 等截面轴段单元

4.2.2 变截面轴段单元

4.2.3 弧齿锥齿轮副啮合单元

4.2.4 轴承支撑单元

4.3 弧齿锥齿轮传动系统内部激励

4.3.1 齿轮啮合误差

4.3.2 齿侧间隙

4.4 弧齿锥齿轮传动系统整体动力学模型

4.5 弧齿锥齿轮传动系统固有特性

4.5.1 弧齿锥齿轮传动系统整体节点有限元模型

4.5.2 固有特性

4.5.3 啮合刚度对固有频率的影响

4.5.4 轴承支撑刚度对固有频率的影响

4.6 本章小结

5 弧齿锥齿轮传动系统振动特性

5.1 引言

5.2 特定工况下传动系统振动响应

5.2.1 齿轮副动态啮合力

5.2.2 振动加速度

5.3 变工况下传动系统振动响应

5.3.1变输入转速工况

5.3.2 变负载扭矩工况

5.4 预置接触参数对传动系统振动特性的影响

5.4.1 接触椭圆长轴长度

5.4.2 接触轨迹方向

5.5 本章小结

6 结论展望

6.1 结论

6.2 研究不足与展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢

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摘要

弧齿锥齿轮具有承载能力强、改变力矩传递方向及传动平稳等特点,被广泛应用于航空、汽车、船舶等工程领域,其工作传动性能直接影响着整个传动系统的平稳运行。由于弧齿锥齿轮齿面是三维空间复杂曲面且处于局部共轭接触状态,这使得准确计算弧齿锥齿轮时变啮合刚度变得非常困难,而齿轮时变啮合刚度是进行动力学研究的基础,因此建立通用、更加精确的弧齿锥齿轮啮合刚度计算方法是急需解决的问题之一。随着航空传动技术朝着高速、重载、轻量化等方向发展,对弧齿锥齿轮动态特性的要求也在快速提高。  本文以某航空用弧齿锥齿轮传动为研究对象,改进了传统弧齿锥齿轮时变啮合刚度计算方法,采用节点有限元法建立了考虑轴段柔性的弧齿锥齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合动力学模型,研究了负载扭矩和接触椭圆长轴长度、接触轨迹方向两个预置接触参数对传动系统动力学振动特性的影响规律。主要内容如下:  ① 基于齿面主动设计方法对弧齿锥齿轮进行了齿面设计,由计算的大小轮加工参数建立了弧齿锥齿轮三维几何实体模型,研究了接触椭圆长轴长度和接触轨迹方向两个接触参数对齿面啮合接触印痕的影响规律。  ② 改进了传统弧齿锥齿轮时变啮合刚度计算方法,引入单节点啮合刚度,将齿面各个节点啮合刚度叠加计算单齿啮合刚度,且采用有限元显式动态分析求解的节点接触力和节点弹性变形量更加准确,基于建立的啮合刚度计算模型以及结合显式动态分析计算的大小轮动态啮合转角得到了弧齿锥齿轮时变啮合刚度和传动误差。并进一步研究了负载扭矩、接触椭圆长轴长度、接触轨迹方向对齿轮时变啮合刚度和传动误差的影响规律。  ③ 针对弧齿锥齿轮传动系统结构特点,分析并推导了等截面轴段单元、变截面轴段单元、弧齿锥齿轮啮合单元及轴承支撑单元的动力学微分方程,基于节点有限元法建立了考虑轴段柔性的弧齿锥齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、啮合误差及齿侧间隙等内部激励。并研究了不同齿轮啮合刚度和轴承支撑刚度下传动系统固有频率的变化规律。  ④ 采用精细积分法求解弧齿锥齿轮传动系统动力学微分方程,得到了传动系统各个单元节点稳态振动响应。研究了变输入转速工况、变负载扭矩工况、变接触椭圆长轴长度及变接触轨迹方向对传动系统振动特性的影响规律,为弧齿锥齿轮齿面设计及其传动系统减振降噪提供理论依据。

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