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渐开线圆柱直齿轮修形的分析与研究

周志峰  
【摘要】: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。


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