车用准双曲面齿轮建模研究及动力学分析

【摘要】：与普通锥齿轮相比，准双曲面齿轮具有重迭系数大、传动平稳、冲击和噪音小、承载能力高、使用寿命长等优点，且偏置距的存在或可以降低重心或可提高行车通过性，故其在汽车主减速器中得到广泛的应用。 本文在用虚拟加工方法构建准双曲面齿轮几何模型的基础上，利用虚拟加工过程中形成的齿面“斑马线”，以数字化方式将齿面进行NURBS曲面重构。重构出的齿面数字化模型可以用来进行齿面接触分析及传动动力学分析。这种方法为准双曲面齿轮的性能分析提供了一种新的途径。本文主要的研究内容包括以下几个方面： 首先运用准双曲面齿轮虚拟加工方法获取精确的齿面离散点，并用NURBS曲面重构齿面的数字化模型，通过这种处理将形式复杂的隐式齿廓方程转化为显式方程，从而为齿面接触分析奠定了基础。本文对每个齿面采用66个型值点进行拟合，拟合精度可以达到10~(-3)mm。 其次，在实现齿面NURBS数字化、显式化表示的基础上应用齿轮啮合的基本原理推导出了齿面接触分析（TCA）的有关分析程序，包括齿轮齿面的一阶与二阶参数、接触点、接触迹线、接触区域的计算公式与求解方法，给出了运动误差曲线的求解过程和TCA分析结果。并将其与Gleason方法、有限元分析接触分析结果进行对比验证。验证结果表明本文给出的TCA方法是正确且简便的。 再次，通过多体动力学软件Adams对齿轮模型进行了静态分析、动力学分析。本文采用基于接触碰撞的力约束关系而不是理想化的几何约束关系来定义齿轮之间的啮合运动关系，从而使得仿真分析结果可以反映拟合误差对齿轮副运动与动力特性的影响。文中计算了大小齿轮的转速、角加速度、啮合力、转矩，且与与理论计算值进行了对比分析。该工作不仅从动力学的角度验证了所重构齿廓及所提出的TCA方法的合理性与正确性，也为准双曲面齿轮传动的动力学分析提供了一种新方法。