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带式啮合介质齿轮传动的动力学和疲劳寿命研究

高亮  
【摘要】:齿轮传动具有传动比范围广、传动效率高,寿命长,承载能力强和结构紧凑等诸多优点,因此齿轮传动是现代各类机械设备中应用最为广泛的一种传动形式。带式啮合介质齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,它是在从动大齿轮上活套一条封闭环状的柔性平带,带充当金属轮齿间的啮合介质,把齿轮接触副由“高模量-高模量”转化为“高模量-低模量”,从而起到减振降噪,提高齿轮传动性能的作用。论文主要进行了以下几方面内容研究: 1.在渐开线直齿轮传动系统纯扭转振动模型的基础上,建立了带式啮合介质齿轮传动系统的非耦合型振动模型,推导出其数学方程,利用数学解法,得到系统参数之间的关系,为带式啮合介质齿轮传动的动力学性能研究提供了理论依据。 2.建立了两种齿轮传动的有限元模型,对其进行模态分析,提取具有代表性的固有频率和振型进行对比分析。分析表明,带式啮合介质齿轮传动的固有频率有明显提高,更不容易发生共振;齿轮应力有明显降低,减少了轮齿齿面的疲劳损坏。在中低速、轻载工作条件下,带式啮合介质齿轮传动具有明显的优势。 3.分别改变介质带厚度、弹性模量和泊松比的数值,研究介质带参数的改变对齿轮传动性能的影响。分析发现,当介质带厚度为1.Omm时,齿轮传动具有较好的性能;小于1.Omm时,介质带很容易损坏;大于这个数值时,齿轮传动不平稳,振动加剧。齿轮振动性能随着介质带弹性模量增大而提高,随泊松比增大而降低。选取介质带材料时,应综合考虑这些因素。 4.在ANSYS Workbench中,对带式啮合介质齿轮传动系统进行动力学分析,提取介质带接触区域内一点的应力云图和应力响应曲线。分析表明,介质带没有影响齿轮传动过程中应力的变化规律,验证了新型齿轮传动系统结构的合理性。介质带参与啮合后降低了齿轮啮合刚度,增大了齿轮啮合阻尼,使得齿轮传动系统的振动幅度和振动周期发生变化。 5.对带式啮合介质齿轮传动进行疲劳寿命分析,得到整个齿轮传动系统的疲劳寿命云图,发现介质带寿命最短。分析影响介质带疲劳寿命的各种因素,提出改善介质带疲劳寿命的措施,为介质带材料的选取和制备提供理论依据。


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