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船用斜齿轮三维动力接触及温度场仿真研究

作　者: 费国标
导　师: 刘正林；海鹏洲
学　校: 武汉理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 船用斜齿轮 3D模型冲击接触分析温度场
分类号: U664.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 398次
引　用: 3次
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内容摘要

斜齿轮传动系统广泛应用于船舶动力装置中，是船舶轴系后传动部件之一。船用斜齿轮传动系统工况恶劣，经常受冲击载荷的作用，尤其是离合器接合、脱开时，斜齿轮轮齿之间的冲击更为剧烈，易造成轮齿折断，影响斜齿轮的安全运行与使用寿命。本文就船用斜齿轮三维动力接触及温度场展开仿真研究，其研究成果对斜齿轮传动系统的设计、优化、使用与维护具有着重要的理论意义和实际应用价值。本文中重点解决以下几方面问题： 1．分析了船用气胎离合器接合、稳定运转及脱开过程中斜齿轮受到的冲击力矩变化情况，给出了冲击力矩与时间、转速等参数间的数学表达式； 2．建立了斜齿轮动态冲击-接触及运转时的斜齿轮本体温度场数学模型； 3．建立了斜齿轮三维有限元精确模型，并进行了冲击有限元计算，综合比较了在不同接合转速、不同接合时间工况下，斜齿轮各部位的应力、接触压力和变形状况；分析了冲击载荷及冲击持续时间对斜齿轮强度的影响； 4．运用传热学、摩擦学、Blok理论及斜齿轮啮合基本原理，分析了不同油温下斜轮齿的温度场分布状况。研究结果表明：①斜齿轮受到的冲击力矩是时间和转速的函数，在离合器接合时，受转速影响较大，受时间影响较小。由于本课题采用气胎离合器，其接合时间较长，接合过程中斜齿轮所受到的冲击载荷不大，仍在许用范围内，因此可适当缩短离合器接合时间，以提高船舶机动性能；②离接触面最高温度越近的斜齿轮本体，其温度变化不大；离接触面最高温度越远的斜齿轮本体，其温度越接近油温。单轮齿摩擦热流密度对斜齿轮本体温度分布梯度影响较大。

全文目录

中文摘要  2-3
Abstract  3-7
第1章绪论  7-14
  1.1 概述  7-8
  1.2 课题来源、目的及意义  8
  1.3 齿轮传动技术的研究现状与发展  8-12
    1.3.1 齿轮动力学技术研究现状  8-10
    1.3.2 齿轮温度场分析研究现状  10-12
  1.4 本论文研究的主要内容、关键技术问题和方法  12-14
第2章斜齿轮冲击-接触数值分析  14-25
  2.1 有限元法特点及求解步骤  14-15
  2.2 有限元模型中冲击-接触的相关问题  15-16
  2.3 斜齿轮冲击-接触问题的力学模型  16-19
    2.3.1 斜齿轮冲击-接触系统的平衡方程  16-17
    2.3.2 斜齿轮冲击-接触系统的约束条件及处理  17-18
    2.3.3 有限元离散化  18-19
    2.3.4 基于罚函数的斜齿轮接触力表达式  19
  2.4 基于罚函数法的斜齿轮动态接触求解方法  19-24
    2.4.1 接触有限元法算法比较  19-21
    2.4.2 罚函数的具体求解过程  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章斜齿轮冲击-接触计算机仿真分析  25-46
  3.1 离合器工作过程及动态性能分析  25-28
  3.2 减速齿轮箱输出斜齿轮冲击力矩分析  28-29
    3.2.1 离合器传递力矩数学表达式推导  28-29
  3.3 斜齿轮有限元计算流程图  29-30
  3.4 船用斜齿轮系统参数  30-31
  3.5 船用斜齿轮三维接触有限元模型的建立  31-38
    3.5.1 斜齿轮端面渐开线和螺旋线方程  31-33
    3.5.2 生成实体斜齿轮模型  33-34
    3.5.3 船用斜齿轮单元类型及网格划分  34-35
    3.5.4 船用斜齿轮冲击力矩计算及加载  35-38
  3.6 斜齿轮冲击仿真结果及分析  38-44
    3.6.1 斜齿轮材料许用强度  38-39
    3.6.2 单工况下斜齿轮有限元计算结果  39-40
    3.6.3 额定启动转速下不同启动时间时斜齿轮有限元计算结果  40-41
    3.6.4 不同启动转速、时间时斜齿轮有限元计算结果比较  41-44
  3.7 结论  44-45
  3.8 本章小结  45-46
第4章船用斜齿轮本体温度场分析研究  46-57
  4.1 斜齿轮装置的热系统分析  46-47
  4.2 轮齿瞬态温度的热平衡方程与边界条件  47-48
  4.3 稳定条件下轮齿的本体温度边界条件与热平衡方程  48-49
  4.4 斜齿轮本体温度场有限元模型及分析  49-56
    4.4.1 热载荷计算  51-52
    4.4.2 斜齿轮本体温度场有限元计算  52-53
    4.4.3 斜齿轮本体温度场结果分析  53-56
  4.5 斜齿轮温度场分析结论  56-57
第5章结论与展望  57-59
  5.1 结论  57
  5.2 展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目  63

船用斜齿轮三维动力接触及温度场仿真研究

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