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人字齿轮传动系统的建模及其动力学特性的有限元分析研究

吴文光  
【摘要】: 人字齿轮传动系统是舰船等机械传动系统中的重要组成部分,其具有效率高、结构紧凑、工作可靠等优点,其动态特性将直接影响到传动系统的稳定性和可靠性。因此,开展人字齿轮传动系统的动力学特性研究具有重要的工程意义。 本文首先介绍了齿轮动力学的研究概况;分析了渐开线斜齿轮端面齿廓的数学方程,利用Solidworks软件的VBA语言分别建立了单个人字齿轮模型,单对人字齿轮模型,单级行星人字齿轮传动系统模型,差动—星型人字齿轮传动系统模型;通过理论计算分析,给出了不同参数下的轮齿装配角度关系,从而利用VBA语言实现了人字齿轮传动系统的自动化建模与装配。 其次,采用有限元软件ANSYS的Workbench模块生成了单对人字齿轮、单级行星人字齿轮传动系统和差动—星型人字齿轮传动系统的有限元模型;模型采用定义接触的方法模拟各齿轮之间的啮合关系。在此工作的基础上,对有限元模型进行了动力学分析,得到了系统的固有频率和固有振型;研究了螺旋角、径向支承刚度和轴向支承刚度对于单对人字齿轮传动系统模态的影响;研究了行星架圆盘厚度、螺旋角、内齿圈厚度、径向支承刚度和轴向支承刚度对于单级行星人字齿轮传动系统模态的影响;研究了螺旋角、星型级内齿圈圆筒厚度、径向支承刚度和轴向支承刚度对于差动—星型人字齿轮传动系统模态的影响。 最后,利用Solidworks的VBA语言开发了人字齿轮传动系统的参数化建模软件,结合所开发软件界面中的结构简图,可通过输入相应的设计参数,自动完成人字齿轮传动系统的三维实体建模和装配。


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