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圆柱正弦活齿传动力学分析和模态仿真

夏虎  
【摘要】:随着现代科技的飞速发展,减速器逐步趋向小型化、高速化、高可靠度化。微型减速器在航天、能源、交通等重要部门的应用越来越广泛。圆柱正弦活齿减速器具有体积小、重量轻、传动比大、润滑性能好等优点,具有广阔的应用前景。本文对圆柱正弦活齿减速器主要构件进行了受力分析和模态仿真研究。 首先,依据主动轴和壳体正弦滚道的齿廓方程,对正弦滚道齿面做了仿真分析,得出合理的齿廓曲线。计算出正弦滚道和活齿接触点处的主曲率,分析了减速器的结构参数变化对主曲率的影响规律,得到主曲率随活齿位置角的变化规律;推导出活齿与壳体内正弦滚道接触点处的相对滑动速度计算公式,分析了减速器结构参数变化对相对滑动速度的影响规律,结果表明:正弦滚道周期数对相对滑动速度的影响最大;此外,建立了活齿传动的空间力学模型,对活齿进行了受力分析,计算了活齿与主动轴和壳体之间的接触应力。 其次,利用三维建模软件Pro/E建立了减速器的三维实体模型,验证了壳体和导架模型的正确性。应用有限元分析软件ANSYS对减速器进行了模态分析,给出了减速器的低阶固有频率以及相应的各阶振型图。分析了不同工况下减速器的模态变化;结果表明:在减速器轴线垂直于地面的工况下,一阶固有频率最低。 最后,结合深井采油的实际工作环境,给定具体的工作参数,设计出满足工作条件的减速器模型,并利用ANSYS Workbench对模型进行了静力分析,结果表明:减速器模型满足实际工作条件,参数与结构设计结果可行。


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