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正交面齿轮传动的强度与动力学特性分析研究

靳广虎  
【摘要】:本文对正交面齿轮传动的啮合特性、强度特性和动力学特性进行了研究。其中,啮合特性包括面齿轮的齿面生成、齿宽设计、啮合轨迹分析以及重合度的计算;强度特性包括齿面接触应力、齿根弯曲应力以及齿面瞬时接触温升分析;动力学特性包括面齿轮传动系统的线性和非线性动力学特性分析。 在面齿轮传动的啮合特性研究中,推导了面齿轮的齿面方程,获得了面齿轮齿根根切和齿顶尖化的临界方程,及其相对应的最小内半径系数和最大外半径系数;对齿面上的接触轨迹进行了可视化仿真,分析了主要参数和安装误差对接触轨迹的影响;给出了高重合度面齿轮传动的实现方法,获得了重合度大于2的参数选择范围。 在面齿轮传动的齿面接触应力研究中,推导了圆柱齿轮和面齿轮的齿面曲率和点接触面齿轮传动中的诱导法曲率计算方程,分析了主要参数对齿面曲率的影响,获得了齿面曲率的变化规律;推导了齿面接触应力计算方程,获得了轴交角误差、轴交错误差和轴向偏移误差以及主要参数对齿面接触应力的影响规律。 在面齿轮传动的齿根弯曲应力研究中,根据面齿轮啮合传动的特点,提出了面齿轮计算几何模型的齿宽选择方法;采用正交试验法,确定了齿根弯曲应力计算几何模型的参数;采用有限元法,获得了齿根弯曲应力及其分布规律,提出了面齿轮传动的齿根最大弯曲应力计算的一种计算公式;进行了面齿轮传动中直齿圆柱齿轮齿根弯曲应力的试验,验证上述计算公式的正确性。 在面齿轮传动的齿面瞬时接触温升研究中,推导了齿面相对速度和齿面滑动速度方程,获得了齿面相对速度和齿面滑动速度的变化规律,分析了主要参数对齿面摩擦系数的影响;推导了点接触面齿轮传动的齿面瞬时接触温升计算方程,获得了轴交角误差、轴交错误差和轴向偏移误差以及主要参数对齿面瞬时接触温升的影响规律。 在面齿轮传动系统的动力学特性研究中,采用集中质量法建立了面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向振动动力学模型;采用Runge-Kutta数值积分法对动力学微分方程进行了数值仿真分析,获得了面齿轮传动系统的线性动力学以及非线性动力学响应,分析了主要参数对动载荷系数、频率响应特性的影响;研究了面齿轮传动系统的非线性动力学分岔特性,获得了主要参数对系统动力学分岔特性的影响规律。


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