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正交变传动比面齿轮副齿面接触分析

李莎莎  
【摘要】:正交变传动比面齿轮副是在非圆锥齿轮副的研究基础上提出的一种新型相交轴间变传动比齿轮副,其结合了非圆齿轮、非圆锥齿轮和面齿轮三者共同的传动特点,可用来传递相交轴间的变传动比运动和动力,其设计原理,加工制造方法简单,可采用传统的范成刀具及现有的机床进行加工,易现实批量化生产,从而可以大大推动相交轴间的变传动比传动这一新的传动形式在工程实际中的应用。在工程机械、农用机械、纺织机械、汽车等场合,具有潜在的应用前景。 正交变传动比面齿轮的齿面接触分析是深入研究正交变传动比面齿轮副啮合特性的有效手段。接触区域的大小、形状和位置不仅反映了单个齿轮的制造精度,同时反映了齿轮副的安装和传动精度,对齿轮副传动的承载能力、使用寿命、传动质量及效率、噪声等都有明显影响。本文从正交变传动比面齿轮啮合理论出发,运用数值方法对正交变传动比面齿轮副进行齿面接触分析,并运用有限元方法和实验方法进一步研究,为正交变传动比面齿轮的参数设计和实际工程应用提供参考。论文的主要内容如下: (1)依据空间齿轮啮合原理及微分几何等相关理论,研究了正交变传动比面齿轮副基本传动原理,推导了正交变传动比面齿轮的节曲线,齿顶曲线,齿根曲线的参数方程;结合加工刀具的齿面方程与齿轮共轭的基本原理,得到了非圆齿轮和正交变传动比面齿轮的齿面参数方程;计算了正交变传动比面齿轮不根切的最小内半径和不变尖的最大外半径,确定了其齿宽合理取值范围;基于VB和Solidworks(API)开发出正交变传动比面齿轮参数化设计和加工仿真系统,实现了正交变传动比面齿轮副的参数化设计及三维建模。 (2)根据齿轮TCA分析原理,建立了正交变传动比面齿轮副齿面接触分析方法;根据切触的基本原理,得到了正交变传动比面齿轮副的切触方程;根据正交变传动比面齿轮的齿面方程,实现了正交变传动比面齿轮的齿面数值求解;探讨了正交变传动比面齿轮副的点接触和线接触两种接触类型,利用Matlab编程对接触模型切触方程组进行求解,分别实现了理论线接触和理论点接触两种情况下的齿面接触可视化。 (3)建立了正交变传动比面齿轮啮合副的接触有限元分析模型,采用有限元方法对无安装误差和考虑安装误差情况下正交变传动比面齿轮接触特性进行分析,得到了安装误差对接触的影响规律。截取正交变传动比面齿轮副一个周期的轮齿进行无安装误差的动态接触分析,得到一个周期每一瞬时的接触情况,验证了正交变传动比面齿轮副瞬时线接触的理论。 (4)设计并加工了以正交变传动比面齿轮传动啮合副为主要传动部件的传动装置;对正交变传动比面齿轮副进行了对滚检查实验,实验结果进一步验证理论计算的正确性也验证了有限元结果的正确性;搭建传动实验平台对齿轮副做相应测试,通过实验结果与理论计算结果的对比,验证了正交变传动比面齿轮副的设计方法、加工原理的正确性和可行性,为正交变传动比面齿轮的工程实际应用奠定了理论基础。 本文的研究得到了国家自然科学基金项目“变传动比面齿轮啮合传动的设计理论及制造技术研究”的资助(批准号:51275537)。


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