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轿车直齿圆锥齿轮的修形技术研究

吴忠鸣  
【摘要】:本文研究的是富康轿车差速器上的直齿圆锥齿轮。最终的研究目的是提出理想的修形曲线对齿轮进行修形以达到减振降噪的效果。齿轮是机械传动系统中非常重要的机械零件。理解、掌握齿轮啮合接触的行为特征,包括综合刚度、传动误差以及接触区域的变形对齿轮的修形和优化将起到至关重要的作用。 齿轮分析模型可以分为物理参数分析模型及模态参数分析模型。根据近期文献,依托物理参数分析模型,其主要研究方法可以分类为三种:数值计算方法、实验方法、有限单元法。有限元方法可以有力的弥补数值方法的不足,采用数值离散技术可以突破以往数值方法把整个齿轮的动态振动问题归结为一个方程的数值求解的局限性,把整体问题划分为数量巨大的有限的方程进行求解,获得了逼近实际的结果。有限元方法还弥补了物理模拟试验成本过高、周期过长的不足。 本文总结了近期基于减振降噪目的的齿轮研究方法及研究进展; 分析了求解接触问题的有限元方法原理; 对求解接触问题的有限元方法和经典力学方法进行了比较。 本文采用通用的有限元软件ANSYS 分析齿轮啮合接触问题,提出了基于ANSYS 的直齿圆锥齿轮APDL 语言的参数化造型方法; 采用分割模型的方法,解决了作为整体模型难以采用六面体单元进行网格划分的难题。给出了齿轮啮合仿真的边界条件及约束的施加方法、算法选择及求解参数的选择标准及设定值。并且提出了基于ANSYS 软件的“齿轮造型-有限元分析-齿形优化”一体化技术的方法。 文中采用单齿啮合有限元模型讨论了传统的双齿啮合区的综合刚度求取方法的不足,推导了不同基本参数的直齿圆锥齿轮的名义刚度的求解公式,并给出了直齿圆锥齿轮的综合刚度曲线。 本文在分析轮齿接触的细节信息的基础上,对齿轮的接触特性进行了分析; 通过“端啮”现象说明了鼓形修形的必要性; 仔细研究了整个啮合周期内轮齿大、小端的变形情况,给出了鼓形的修形量。最后对鼓形修形的齿形优化的一体化实现方法及过程进行了论述。


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