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准双曲面齿轮接触应力分析及数控加工关键技术研究

马志刚  
【摘要】: 准双曲面齿轮设计制造在现代机械制造业中占有一重要地位,尤其在汽车、拖拉机和机床等机械工业的生产中占有相当的比重。随着计算机技术及齿轮制造技术的发展,CAD/CAM技术的应用日益成熟。实现CAD/CAM技术的一体化是实现我国准双曲面齿轮数字化制造的重要前提。因此,对准双曲面齿轮进行CAD/CAM研究具有很重要的研究意义。 在本文中,我们针对准双曲面齿轮接触应力分析及数控加工中的若干问题进行了系统研究,得到了下面一系列成果。 1)深入推导及研究了准双曲面齿轮啮合理论和齿面接触分析。深入分析了准双曲面齿轮齿形,齿面的数学模型,根据齿轮3D造型的主要参数,应用Pro/E曲面造型等手段,创建了准双曲面齿轮的三维模型。 2)针对准双曲面齿轮的齿面接触应力问题,应用非线性分析法对齿面接触应力进行了分析,为了研究工作侧压力角对齿面接触应力的影响,对初始进入啮合的一对准双曲面齿轮进行了静态接触有限元分析。 3)对初始进入啮合位置时的情况进行分析,由于接触方式的特殊性,我们可以看到整个齿面的受力集中在以接触点为中心的一个范围内。齿面的接触强度σH=543MPa与ANSYS所示最大接触应力误差不超过20%,从接触应力图上我们还可以看出,由于受力存在变形,所以严格意义上说准双曲面齿轮并不是完全遵守点接触的,所以我们可以看到,在ANSYS的分析图中,显示出来的受力图呈一个方形区域,并且方向并不是完全呈现的由大端到小端的方向,接触区域略微偏向齿根的原因,是由于在接触过程中存在变形等原因,同时,两轮在接触区域附近网格划分的不均匀也起着一定的影响。 4)进一步提出了齿轮数控加工技术是解决以上问题的重要方法。


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