双压力角非对称齿轮承载能力的影响因素研究及参数优化

摘要

齿轮是工程应用中极为广泛的传动系统，其发展历史悠久，随着工业化进程的飞速推进，各种工程场合对于齿轮强度、抗振动性能、低噪性等的要求越来越高，传统齿轮在某些特定场合已经很难满足工作要求，因此，越来越多的学者将目光投入到新型齿轮的研究当中，其中，双压力角非对称齿轮即为其中之一，他以承载能力强、啮入啮出冲击小、噪音小等优点得到了越来越多的关注。
　　本文首先通过查阅大量文献，对齿轮的发展历史轨迹以及发展规律和未来发展方向进行了总结和综述。分析了双压力角非对称齿轮的设计原理及其发展过程中对于大压力角应用于工作侧或非工作侧思想的转变，并对这种转变提出了自己的观点。
　　在具体研究工作上，本文对以大压力角为工作侧的双压力角非对称齿轮承载能力进行了较为全面的分析，对非对称齿轮的齿面接触应力与齿根弯曲应力均进行了解析法与有限元法的双重分析，并与传统齿轮进行了对比。又以优化其承载能力为目标，对齿轮的齿廓参数进行了最优化分析。
　　首先，基于双压力角非对称齿轮的加工原理，推导了其齿廓曲线的参数方程，包括渐开线方程与齿根过渡曲线方程，并以此方程为依据，通过插值法与拟合法建立了非对称齿轮的参数化模型。
　　其次，利用Ansys Workbench进行了非对称齿轮的有限元仿真分析，分析了两侧齿廓的参数变化对齿轮接触应力与弯曲应力带来的影响，制作了相应的图表曲线。
　　之后，根据分析计算的结果，结合非对称齿轮正确啮合条件与连续传动条件，给出了以齿根弯曲应力与齿面接触应力的加权和为优化目标的非对称齿轮的最优化数学模型，并通过matlab的优化模块据此得出了优化的非对称齿轮参数值。在优化模型的建立过程中，为避免得到局部最优解，设定了许多假设条件，忽略了一些对优化结果影响不大的参数变化。
　　双压力角非对称齿轮在单向传动系统中，相较于传统对称齿轮具有明显的优势，因此，对于非对称齿轮的研究分析具有很强的理论意义和实际意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 双压力角非对称齿轮研究发展概况

1．2．1 齿轮传动的发展趋势及现状

1．2．2 齿轮承载能力计算的发展及研究现状

1．2．3 双压力角非对称齿轮设计研究现状

1．3 研究现状总结

1．4 论文研究方向、内容及特色

2 齿轮应力研究

2．1 齿轮接触应力理论研究

2．1．1 赫兹接触理论研究

2．1．2 齿轮齿面接触应力研究

2．1．3 对比分析

2．2 齿轮弯曲应力理论研究

2．2．1 传统对称齿轮的齿根弯曲应力研究

2．2．2 双压力角非对称齿轮的齿根弯曲应力研究

2．2．3 对比分析

2．3 本章小结

3 非对称齿轮的啮合原理及参数化建模

3．1 非对称齿轮的基本参数计算

3．2 非对称齿轮的正确啮合条件及连续传动条件

3．2．1 非对称齿轮的正确啮合条件

3．2．2 非对称齿轮的连续传动条件

3．3 非对称齿轮的齿廓方程

3．4 非对称齿轮的参数化建模方法

3．5 本章小结

4 非对称齿轮应力的有限元分析

4．1 非对称齿轮的有限元分析流程

4．1．1 建立有限元模型

4．1．2 定义模型边界条件

4．1．3 求解设置

4．2 结果分析

4．3 影响应力的齿廓参数分析

4．4 本章小结

5 非对称齿轮齿廓参数优化

5．1 非对称齿轮最优化的数学模型建立

5．1．1 设计变量的选择

5．1．2 边界条件的确定

5．1．3 目标函数的建立

5．2 基于matlab的最优化分析

5．3 优化后齿轮的应力仿真及对比验证

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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