面齿轮啮合特性及接触应力有限元分析的研究

摘要

本文针对正交面齿轮传动中的啮合特性进行系统的研究。其中包括面齿轮的齿面生成,面齿轮的啮合原理、面齿轮发生根切和顶尖的条件、面齿轮安装误差对传动误差的影响、计算机仿真加工的方法实现面齿轮参数化设计、根据面齿轮的三维实体模型通过有限元分析的方法分析面齿轮传动应力分布等。
　　 在面齿轮齿面生成的研究中,推导了面齿轮的齿面方程、加工中的齿而接触线方程和啮合面方程和过渡曲面方程。在面齿轮齿宽的限制条件研究中,根据面齿轮加工中速度和几何关系获得了面齿轮根切和尖顶的临界方程,及其相对应的最小内半径系数和最大外半径系数。定义了最小内半径系数和最大外半径系数；研究了主要传动参数对齿宽的影响。
　　 在无安装误差的面齿轮传动的啮合分析中,推导了啮合线方程和齿面接触轨迹方程；研究了主要传动参数对接触轨迹的影响。在具有安装误差的面齿轮传动的啮合分析中,建立了在有轴交角误差、轴交错误差和轴向偏移误差情况下的齿面接触轨迹所满足的方程,提出了一种求解接触点参数的策略。
　　 基于UG二次开发仿真了面齿轮的加工过程,通过输入面齿轮加工参数,面齿轮的加工精度通过计算机仿真的方法得到被加工面齿轮的三维实体模型,基于该模型通过有限元分析的方法研究了面齿轮和圆柱齿轮啮合时面齿轮各个部分的应力状况,分析应力集中的部位。
　　 采用三坐标测量机对面齿轮的误差测量进行分析,主要探讨了三坐标测量机在测量面齿轮误差时由于坐标转换和测量机的接触球头的直径给测量带来的误差以及消除这些误差的方法。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 面齿轮传动特点

1.2 面齿轮传动的研究历史与现状

1.3 本研究主要解决的问题

第2章 面齿轮啮合原理

2.1 正交面齿轮加工中的坐标系与刀具齿面

2.1.1 坐标系的建立

2.1.2 刀具齿面方程

2.2 正交面齿轮的齿面方程

2.2.1 刀具齿面和被加工齿面接触处的相对速度

2.3.2 正交面齿轮齿面方程

2.4 面齿轮不发生根切的条件

2.4.1 理论分析

2.4.2 齿面不发生根切的最小内半径

2.5 正交面齿轮齿顶不变尖的条件

2.5.1 面齿轮齿顶不变尖的最大外圆半径

2.6 面齿轮啮合特性

2.7 正交面齿轮传动的啮合分析的基本方程

2.7.1 坐标系的建立

2.7.2 啮合分析的基本方程

2.8 有安装误差的啮合分析

2.8.1 安装误差的描述

2.8.2 齿面上接触轨迹的方程

2.9 正交面齿轮传动中的运动误差分析

2.10 正交面齿轮传动重合度分析

2.10.1无安装误差时的重合度分析

2.10.2具有安置安装误差时的重合度分析

第3章 面齿轮制造的仿真法

3.1 面齿轮计算机仿真仿真软件

3.2 面齿轮仿真

3.2.1 仿真加工原理

3.2.2 齿轮刀具模型

3.2.3 正交面齿轮模型的建立

3.3 正交面齿轮仿真实例

第4章 面齿轮有限元分析

4.1 有限元分析方法

4.2 采用ANSYS软件分析面齿论接触刚度

4.2.1 模型网格划分

4.2.2 加载和约束

4.2.3 分析结果

4.3 本章小结

第5章 面齿论误差坐标测量

5.1 坐标测量技术

5.1.1 近代坐标测量技术的发展

5.1.2 现代坐标测量技术与传统测量技术的比较

5.2 面齿轮坐标测量误差分析

5.2.1 坐标测量仪的坐标转换

5.2.2 测头半径的影响

5.3 结论

第6章 结论与展望

6.1 论文主要工作和结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

博士后期间发表和完成的论文