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《西北工业大学》 2000年
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孤齿锥齿轮传动动态接触特性研究

刘光磊  
【摘要】: 弧齿锥齿轮广泛应用于航空和汽车工业的机械传动系统中,其工作性能对整个传动系 统有着至关重要的影响。弧齿锥齿轮的工作性能与其接触特性有关,包括齿面啮合迹、瞬 时传动比和接触区形态,其中齿面啮合迹是最为基础的方面,它是决定弧齿锥齿轮瞬时传 动比和载荷谱,并进而深入研究其寿命和热传导的基础。 根据所求齿面啮合这是否与时间有关,可以将齿面啮合迹分为齿面静态啮合迹和齿面 动态啮合迹。目前齿面啮合迹的研究大都属于静态范围。齿面动态啮合迹的研究几乎无人 涉及。 本文以弧齿锥齿轮齿面动态啮合迹的求解作为切入点,研究弧齿锥齿轮传动系统的多 种参数对弧齿锥齿轮接触特性的影响。为此,首先从弧齿锥齿轮齿面几何分析出发建立齿 面,然后形成了计入轮齿弹性的啮合分析数值方法(Numerical method of Elastic Tooth Contact Analysis,简称NETCA),最后以弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,重点考虑轮齿啮合力变 化及传动系统其它参数的变动对弧齿锥齿轮齿面动态啮合迹的影响,主要成果及创新点如 下: 1.形成了弧齿锥齿轮弹性啮合分析的数值方法 (1)任意状态下两坐标系之间的坐标变换矩阵 根据弧齿锥齿轮在安装位置时齿面啮合基点重合、基点处的单位法矢必须共线的要求, 推导出了两坐标系之间的坐标变换矩阵。这一推导过程的本质,就是根据同一刚体上某点 处的单位法矢在两个不同坐标系下的位置关系,找到两坐标系之间的坐标变换矩阵。其意 义在于可以将这一坐标变换矩阵推广至任意状态下两坐标系之间的坐标变换,并直接用于 弧齿锥齿轮传动系统动态分析时所进行的弹性轮齿啮合分析之中。 (2)齿面啮合点求解的局部坐标法 齿面啮合点即为齿面啮合切点,该点处的齿面间距等于零。齿面啮合点的求解可以采 用局部坐标法。其基本原理是取对耦齿面中的某一齿面——第一齿面作为基准,在其上建 立齿面坐标系,将另一齿面——第二齿面的坐标点也转换到此坐标系中,并计算两齿面沿 某一坐标轴方向对应点间的最小间距。令第一齿面固定不动而调整第二齿面所在的齿轮绕 其轴线的转角,以使齿面最小间距趋近于零,则可求得齿面啮合点。 (3)加速搜寻啮合点的逐点搜索法和减小搜索范围的打伞法 采用局部坐标法求解啮合点时,齿面最小间距的搜索可以有多种策略。而逐点搜索法 速度较快。这一方法从齿面上某点开始计算齿面间距,通过比较与其相邻各点的齿面间距, 取其中齿面间距较小的点作为下一次搜索的起点,逐步向着齿面间距最小的方向逐点搜索。 为了防止齿面求解的结果为局部最小,可以将齿面适当分块,首先在每一子块中求局部最 小间距,然后取所有子块中的最小值为全局最小。 在每一子块中采用逐点搜索法求解齿面间距的局部最小值时,可以采用打伞法以减小 搜索范围。其原理是以前一点为中心——“伞把”,形成一较小的、大小可变的搜索区间— —“伞顶”,以加快对耦齿面对应点的求解。 (4)调整齿面间隙和求解载荷分配的两点递推法 齿面间隙与齿轮转角之间,或者多对轮齿同时承担外扭矩时,各对轮齿所承载的扭矩 与齿轮的转角之间,都存在着明显的函数关系。但是,当给定轮齿间隙或外扭矩值反求齿 轮转角时,因无法明确表达其间的函数关系而难于求解。两点递推法是解决这类问题的有 效方法。其本质是改进的弦截法。其基本原理是根据己有的两点,自动采取外推或内推的 摘要 方法,得到下一点的自变量值,并根据函数收敛的具体情况,减少外椎或内椎时自变量变 动的程度,使因变量逐步趋于收敛。在判明自变量与因变量间呈单调关系时,都可以预先 给定函数值,采用两点递推法求反函数,并且不用区分单调递增与单调递减的不同。 (5)载荷作用下接触点求解的拟赫兹法 两弹性体在外载荷作用下的接触问题通常采用赫兹法。赫兹法假设初始接触点即为最 大变形量发生处,或最大压力处。但是齿面弹性变形会导致齿轮的转动以及啮合点位置的 变动。定义以赫兹法为基础,计入齿面弹性变形对啮合点位置的影响以求解齿面啮合点的 数值计算方法为拟赫兹法。此时啮合点的求解要通过迭代才能求得。 (6)轮齿弹性变形时齿面啮合点的求解 齿面啮合点求解时,计入轮齿弯曲弹性变形和接触弹性变形的综合影响,以尽可能真 实地反映齿面实际接触的情况。轮齿弯曲弹性变形的计算采用I;’lw- tttlgn ouse公式,轮齿接 触弹性变形采用拟赫兹法。 2.将弧齿锥齿轮弹性轮齿啮合分析的数值方法与传动系统的动态分析相结合,模拟弧 齿锥齿轮的齿面动态啮合迹: (l)只考虑啮合点法向力作用时齿面动态啮合迹的求解 以弧齿锥齿轮及其转子系统为研究对象,将轮齿啮合力视为外载荷,建立有限元动力 学模型。实际求解时,计及弯扭耦合和轮齿啮合力与齿轮运动状态的耦合,交替进行动力 学方程的求解和弹性轮齿的啮合分析,以求得弧齿椎齿轮的
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:TH132.421

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【共引文献】
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3 段凯,杨新华,杨文兵;用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力[J];四川建筑科学研究;2005年03期
4 马杰,侯景军,何英明;昆明某大厦纠偏的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年04期
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6 黄怡;王元清;石永久;;框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2005年06期
7 陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;;温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析[J];四川建筑科学研究;2006年06期
8 左立;曾祥勇;;西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年06期
9 张俊峰;王利娟;郝际平;李天;;几何非线性新梁柱单元及结构程序设计[J];四川建筑科学研究;2011年04期
10 陈长冰;刚架结构支座沉陷的三维有限元分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年03期
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5 彭斌;李燕勇;穆钢;;结合刚性和挠性转子平衡理论解决振动问题[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
6 彭斌;李燕勇;穆钢;;结合刚性和挠性转子平衡理论解决振动问题[A];2011年云南电力技术论坛论文集(优秀论文部分)[C];2011年
7 欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;;基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
8 陈巍;杜发荣;丁水汀;郭宝亭;;某超高速转子系统动力学特性研究Part Ⅰ:无碰摩转子[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
9 李自刚;李明;;具有轴承不对中故障的柔性非圆截面多转子系统非线性动力学行为[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
10 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年
3 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
4 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
5 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
6 刘海锋;网格结构精细化有限元分析方法研究[D];浙江大学;2010年
7 吴昊;滚动轴承动特性及轴承—转子系统动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
8 曾芳;大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
9 窦建洪;基于犬双心室电力学复合模型的心力衰竭仿真研究[D];浙江大学;2010年
10 李妍;混凝土多孔砖墙体裂缝控制的相关力学性能研究[D];吉林大学;2011年
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1 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 刘帅;大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
3 王权;起重机减速器变位斜齿轮副有限元仿真分析与研究[D];山东科技大学;2010年
4 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
5 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
6 周宇龙;基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析[D];郑州大学;2010年
7 王会杰;基于变形控制的复合地基变刚度概念设计研究[D];郑州大学;2010年
8 宋现洲;某空气压缩机转子轴承系统动力学分析[D];郑州大学;2010年
9 赵国卿;基于全矢谱的旋转机械轴振与瓦振关系研究[D];郑州大学;2010年
10 张晓冬;基于全矢谱的智能诊断技术研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 石照耀;曲宏芬;张万年;;小模数齿轮单面啮合测量仪的设计[J];北京工业大学学报;2011年04期
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4 张红霞;陈五一;陈志同;;SG砂轮磨削钛合金烧伤机理[J];北京航空航天大学学报;2008年01期
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9 施永乐,潘汝明,奚健勇;双圆弧齿廓弧齿锥齿轮的啮合重迭系数[J];东北工学院学报;1988年01期
10 陈良玉,蔡春源,鄂中凯;螺旋锥齿轮啮合振动的力学模型[J];东北工学院学报;1993年02期
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1 汪久根;全永昕;周桂如;;乏油线接触部分膜弹流润滑分析[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集(下册)[C];1992年
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1 章易程;齿轮乏油传动的摩擦学研究[D];中南大学;2011年
2 冯治恒;螺旋锥齿轮多体多自由度非线性动力学研究[D];重庆大学;2010年
3 胡鹏浩;非均匀温度场中机械零部件热变形的理论及应用研究[D];合肥工业大学;2001年
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5 王立华;汽车螺旋锥齿轮传动耦合非线性振动研究[D];重庆大学;2003年
6 李小清;螺旋锥齿轮数控加工与误差修正技术研究[D];华中科技大学;2004年
7 熊越东;基于虚拟现实技术的螺旋锥齿轮CNC加工仿真理论与方法研究[D];天津大学;2005年
8 王素玉;高速铣削加工表面质量的研究[D];山东大学;2006年
9 魏冰阳;螺旋锥齿轮研磨加工的理论与实验研究[D];西北工业大学;2005年
10 张金良;高强度螺旋锥齿轮的设计及实验研究[D];西北工业大学;2007年
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1 李红梅;双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析[D];太原理工大学;2011年
2 靳泽宇;基于组件的开放式数控系统软件的体系结构研究[D];北京工业大学;2003年
3 张明德;锥齿轮传动智能综合检测系统研究与开发[D];重庆大学;2003年
4 姚俊红;双圆弧弧齿锥齿轮传动的三维建模及切齿啮合模拟与分析[D];天津工业大学;2003年
5 程林;二维金属切削应力场和温度场的数值模拟[D];合肥工业大学;2004年
6 李妍;基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用[D];吉林大学;2004年
7 殷盛福;用扩口杯砂轮磨削螺旋锥齿轮成形法大轮的过程仿真研究[D];中南大学;2004年
8 景仁坤;基于Pro/Engineer的三维参数化设计研究与开发[D];武汉理工大学;2005年
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10 荆琦;纳米结构WC/12Co涂层精密磨削表面残余应力的实验研究与有限元模拟[D];湖南大学;2005年
【二级引证文献】
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1 赵阳;穆塔里夫·阿赫迈德;孙书斗;何永明;;风力机增速齿轮箱行星斜齿轮系非线性动态分析[J];可再生能源;2013年08期
2 姚廷强;王立华;迟毅林;黄亚宇;;球轴承-螺旋锥齿轮系统多体接触动力学分析[J];振动工程学报;2013年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 武志斐;FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究[D];太原理工大学;2012年
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1 魏子良;对数螺旋锥齿轮曲线与曲面的特性研究[D];内蒙古科技大学;2011年
2 武淑琴;对数螺旋锥齿轮啮合仿真及强度计算研究[D];内蒙古科技大学;2011年
3 孙改焕;环板式针摆行星传动动态特性分析[D];大连交通大学;2007年
4 田磊;汽车主减速器性能及其检测方法研究[D];浙江大学;2007年
5 曾建成;基于ETCA的螺旋锥齿轮研齿原理与工艺的研究[D];中南大学;2010年
6 邹文毅;螺旋锥齿轮全自动研齿装备控制系统的研究与实现[D];中南大学;2010年
7 李庆伟;参数化驱动的3D智能锥齿轮设计系统研究[D];江苏科技大学;2010年
8 魏子良;对数螺旋锥齿轮曲线与曲面的特性研究[D];内蒙古科技大学;2011年
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10 武淑琴;对数螺旋锥齿轮啮合仿真及强度计算研究[D];内蒙古科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 魏巍;面向齿轮传动性能的螺旋锥齿轮铣齿机精度设计方法研究[D];天津大学;2011年
7 周凯红;基于预定啮合特性的螺旋锥齿轮点啮合齿面设计及CNC制造技术研究[D];中南大学;2009年
8 张婧;准双曲面齿轮螺旋变性半展成数控成形理论与方法研究[D];天津大学;2012年
9 武志斐;FSH锥齿轮传动啮合特性的理论与实验研究[D];太原理工大学;2012年
10 徐彦伟;弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计方法研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 孔祥晗;螺旋锥齿轮数控磨削齿面微观形貌建模与分析[D];湖南工业大学;2013年
4 李琳;螺旋锥齿轮齿面成型过程可视化仿真算法研究[D];天津大学;2010年
5 彭秉东;基于粗糙齿面的齿轮传动混合弹流润滑研究[D];太原理工大学;2012年
6 武斌;低速重载齿轮传动微观热弹流润滑数值分析及齿面抛光实验研究[D];重庆大学;2010年
7 刘永骏;基于共轭包络理论的齿面加工模拟与仿真研究[D];华东理工大学;2011年
8 卢佳兴;直纹面准双曲线齿轮切齿法研究[D];吉林大学;2011年
9 孔文;对数螺旋锥齿轮的逆向设计研究[D];内蒙古科技大学;2012年
10 尹培丽;基于虚拟齿轮测量中心的弧齿锥齿轮几何建模[D];西安工业大学;2013年
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