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渐开线圆柱齿轮接触分析和修形设计

作　者: 陈一栋
导　师: 唐国金
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 渐开线圆柱齿轮静态接触动态接触啮合原理齿廓修形
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 568次
引　用: 6次
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内容摘要

渐开线圆柱齿轮被广泛地应用在制造业、矿山、冶金等各个行业领域。其轮齿的接触状态对齿轮的啮合和动力学性能影响很大,因此研究渐开线圆柱齿轮的静态和动态接触性能有着重要意义。根据渐开线圆柱齿轮的齿廓方程表达式,推导计算了各轮齿参数,同时建立了齿轮的参数化模型。考虑了重合度和摩擦系数的变化的影响,应用ANSYS有限元分析软件分析了齿轮的静态接触应力分布的情况。与传统的赫兹公式相对照,结果相当准确。利用APDL的程序语言组织ANSYS的有限元分析命令,实现了施加参数化载荷、参数化求解以及参数化后处理结果的显示。有限元分析的全过程都实现了参数化,这是ANSYS批处理分析的最高技术。在参数化的分析过程中可以简单的修改其中的参数达到反复分析各种尺寸、不同载荷大小的目的,从而极大的提高分析效率,减少分析成本。基于显式动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了渐开线圆柱齿轮的动态分析模型,并得出随时间变化的齿轮动态接触应力分布。相对于静态接触分析而言,动态接触分析的结果更直观,实时性更强。基于啮合原理和坐标变换理论,求解出误差状态下的齿轮啮合位置。并在此基础上,详细分析了误差状态下的齿轮接触应力分布情况。分析表明,考虑了中心误差和齿轮轴偏心误差状态下的齿轮静、动态接触应力分析结果更符合实际情况。基于齿轮修形的基本原理,引入ANSYS有限元分析软件,进行含误差的渐开线圆柱齿轮齿轮的齿廓修形研究,得出不同修形量下的啮合线上接触应力分布和啮合线变形情况,可据此确定渐开线圆柱齿轮的最佳修形量。

全文目录

摘要  11-12
ABSTRACT  12-13
第一章绪论  13-21
  1.1 引言  13-14
  1.2 齿轮传动的研究现状与发展趋势  14-19
    1.2.1 齿轮传动技术的发展过程  14-15
    1.2.2 国外齿轮传动技术的现状与发展趋势  15-16
    1.2.3 国内齿轮传动技术的现状与发展趋势  16-17
    1.2.4 齿轮传动面接触强度的研究概况  17-18
    1.2.5 齿轮修形研究概况  18-19
  1.3 本文的主要研究工作  19-21
第二章静态接触理论和有限元方法  21-31
  2.1 赫兹接触理论简介  21-23
  2.2 静态接触分析的有限元方法  23-28
    2.2.1 有限元原理简介  23-26
    2.2.2 接触问题的力学基础  26-27
    2.2.3 接触问题的有限元模型  27-28
  2.3 ANSYS软件简介  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章渐开线圆柱齿轮的静态接触分析  31-42
  3.1 齿轮模型参数化建模  31-33
    3.1.1 渐开线的形成及其数学方程  31-32
    3.1.2 单个轮齿建模  32-33
    3.1.3 齿轮和轴建模  33
    3.1.4 主动轮和从动轮配合建模  33
  3.2 定义单元类型和材料属性  33-35
  3.3 实体模型的网格划分  35-36
  3.4 齿轮接触有限元分析  36-39
    3.4.1 ANSYS接触分析模块简介  36-38
    3.4.2 建立齿轮面—面接触分析  38-39
    3.4.3 接触分析的加载和边界条件设置  39
  3.5 计算实例分析  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章渐开线圆柱齿轮在ANSYS/LS-DYNA中的动态接触分析  42-55
  4.1 弹性动力学基本方程  42-46
    4.1.1 弹性小变形动力学基本方程  42
    4.1.2 弹性动力学Hamilton变分原理及其有限元方程  42-44
    4.1.3 弹性动力学常微分方程的基本解法  44-45
    4.1.4 时间步长限制  45-46
  4.2 LS-DYNA接触算法和接触类型  46-47
    4.2.1 接触算法  46-47
    4.2.2 接触类型  47
  4.3 渐开线圆柱齿轮动态接触分析关键技术  47-49
    4.3.1 定义单元类型和材料属性  47-48
    4.3.2 PART ID与刚体定义  48
    4.3.3 定义接触  48-49
    4.3.4 施加荷载  49
  4.4 计算实例分析  49-53
    4.4.1 计算实例  49-53
    4.4.2 计算实例结果分析  53
  4.5 本章小结  53-55
第五章渐开线圆柱齿轮传动精度分析  55-69
  5.1 误差状态下齿轮啮合响应  55-66
    5.1.1 坐标变换  55-61
    5.1.2 啮合的误差与变异  61-66
  5.2 误差状态下渐开线圆柱齿轮静态接触分析  66-67
  5.3 误差状态下渐开线圆柱齿轮动态接触分析  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章基于ANSYS的渐开线圆柱齿轮修形研究  69-87
  6.1 齿轮修形概述  69-70
  6.2 齿轮的受力分析和修形理论研究  70-81
    6.2.1 齿廓修形  71-76
    6.2.2 齿向修形  76-81
  6.3 含误差的直齿轮的齿廓修形  81-84
    6.3.1 理论分析  81-83
    6.3.2 综合修形曲线的确定方法  83-84
  6.4 误差状态下修形渐开线圆柱齿轮静态接触分析  84-86
  6.5 本章小结  86-87
第七章结论与展望  87-89
  7.1 结论  87-88
  7.2 展望  88-89
致谢  89-90
参考文献  90-93
作者在学期间取得的学术成果  93

渐开线圆柱齿轮接触分析和修形设计

内容摘要

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