渐开线圆柱直齿轮修形的分析与研究

摘要

本文运用齿轮啮合原理和数值模拟方法对渐开线直齿轮的修形展开研究与分析。目的是探索最理想的齿轮修形效果，从而提高齿轮传动时的承载能力、降低振动和噪音。首先推导出直齿轮的齿廓修形和齿向修形的曲线方程，运用Pro/E软件建立了渐开线直齿轮和修形齿轮的精确参数化模型。运用此模型，只需要输入齿轮的主要参数和修形参数便可以生成标准的齿轮模型，提高了修形齿轮的建模效率。其次，借助ANSYS Workbench，将Pro/E齿轮模型导入有限元软件中进行修形齿轮的接触力学数值实验。设定符合实际工况的边界条件和约束载荷，对齿轮进行瞬态动力学分析，研究齿轮啮合过程中的齿面接触应力变化情况。并运用赫兹公式进行理论分析，比较数值实验和理论分析两者的差异，从而推断数值实验的合理性。通过数值分析得到了齿轮啮合过程的一些基本规律，为齿轮修形奠定了理论基础。
　　本文分析比较了常用的齿轮修形方法，运用有限元对齿廓修形齿轮进行数值模拟。仿真结果表明Walker修形曲线较直线修形曲线具有更好的修形效果;同时得出了不同修形量对齿廓修形齿轮影响的规律。通过数值实验分析发现，轴承间的非对称装配会导致齿轮齿向载荷发生偏载，而现有的鼓形修形不能达到较好的修形效果。于是提出采用二次曲线和三次曲线来进行齿向修形，通过对三种曲线的数值实验分析，结果表明两种新曲线较鼓形曲线都有明显的改善，其中三次曲线的修形效果最好。采用Matlab编写了修形计算程序，此程序能够快速计算出齿轮修形的最大修形量，大大提高了设计效率。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 齿轮传动的动力学研究现状

1．2．2 齿廓修形研究现状

1．2．3 齿向修形研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文组织结构

2 齿轮接触理论与有限元法

2．1 接触问题分析

2．1．1 赫兹接触理论分析

2．1．2 有限元法的接触分析

2．1．3 有限元法的接触判断

2．2 ANSYS接触问题分析简介

2．2．1 接触方式

2．2．2 接触算法

2．3 有限元分析软件ANSYS Workbench的简介

2．3．1 ANSYS Workbench软件的特点

2．3．2 ANSYS Workbench软件的分析步骤

2．4 本章小结

3 渐开线直齿轮的参数化建模和有限元分析

3．1 齿轮参数化建模软件的选择

3．2 标准渐开线直齿轮的参数化建模

3．2．1 建立渐开线参数方程

3．2．2 建立齿根过渡曲线的确定

3．2．3 渐开线直齿轮的三维建模

3．3 标准渐开线直齿轮的有限元分析流程

3．3．1 建立有限元模型

3．3．2 定义模型边界条件

3．4 结果分析

3．4．1 法向刚度因子FKN的选取

3．4．2 齿面接触应力

3．5 本章小结

4 渐开线直齿轮的齿廓修形分析

4．1 齿廓修形原理

4．2 齿廓修形方法

4．2．1 最大修形量

4．2．2 修形长度

4．2．3 修形曲线

4．2．4 修形量的分配

4．2．5 齿廓修形计算程序

4．3 齿廓修形的参数化建模

4．3．1 建立齿廓修形曲线的参数方程

4．3．2 齿廓修形直齿轮的三维模型

4．4 齿廓修形曲线的有限元分析

4．4．1 修形曲线的影响

4．4．2 修形量的影响

4．5 本章小结

5 渐开线直齿轮的齿向修形分析

5．1 齿向修形的原理与目的

5．2 齿向修形的方法

5．2．1 齿端修形

5．2．2 鼓形修形

5．2．3 齿向修形计算程序

5．3 齿向修形的参数化建模

5．3．1 建立齿向修形曲线的参数方程

5．3．2 齿向修形直齿轮的三维模型

5．4 齿向修形有限元分析

5．4．1 未修形的直齿轮啮合情况

5．4．2 中央鼓形修形

5．4．3 二次曲线修形

5．4．4 三次曲线修形

5．4．5 结果分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历

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