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《湖南大学》 2017年
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含误差与修形的人字齿轮强度有限元计算

刘洋  
【摘要】:人字齿轮是重型飞机、大型舰船、能源装备等主传动系统中的核心元件,具有承载大、轴向力小等优点。人字齿轮的传动精度、轮齿强度、接触区等直接影响其工作寿命、承载能力、振动噪音以及整机工作性能。传统的人字齿轮强度计算以经验设计为主,计算精度较低。本文拟采用计算精度和适应度较高的有限元法,对加载条件和齿形复杂的人字齿轮齿轮进行强度分析。主要研究内容包括,采用CATIA参数化建模方法建立人字齿轮的几何模型,在ABAQUS中采用实体分割方法建立人字齿轮的有限元模型。分别对标准安装的人字齿轮和对含有加工误差、安装误差的人字齿轮对进行有限元接触分析;随后对人字齿轮的齿廓和齿向进行修形,研究含装配误差和齿廓或齿向修形的人字齿轮进行有限元接触分析。具体研究内容如下:(1)人字齿轮几何模型和有限元模型。根据展成加工原理,建立含修形参数的齿面数学模型。采用MATLAB求解齿面数据点,通过VB调用CATIA宏命令读取齿廓点坐标数据,完成齿轮三维模型的参数化设计。将人字齿轮几何模型导入到ABAQUS中,采用实体分割技术划分并合并网格,建立齿轮有限元模型,并对人字齿轮进行有限元静态和动态接触分析。(2)含加工与安装误差的人字齿轮有限元接触分析。人字齿轮由两个螺旋角相同旋向相反的斜齿轮组成,考虑到制造和安装误差,导致两对斜齿轮左右不完全对称,造成两端传递的扭矩不相等。另一方面,由于齿宽较大,受轴扭转变形影响明显,也使两端传递的扭矩不等,以上是引起齿面偏载的两个重要原因。拟通过在标准人字齿轮几何模型的基础上进行修改,计算加工误差和安装误差对齿轮强度的影响。(3)含误差和修形的人字齿轮有限元接触分析。对人字齿轮对进行了齿廓和齿向方向的修形,采取参数化建模的方法,建立齿廓和齿向修形的三维模型,导入有限元软件中建立有限元接触分析。比较不同的修形量对修形效果的影响,探索出较优的齿廓和齿向修形量;把该修形量应用于含装配误差的人字齿轮上,和未修形的人字齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力对比分析,研究出齿廓和齿向修形对人字齿轮安装误差的改善作用。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH132.41

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