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准双曲面齿轮性能分析与修形设计

张瑞锋  
【摘要】:准双曲面齿轮是车辆驱动桥主减速器的关键部件,其啮合质量、寿命及可靠性是影响车辆安全的重要因素。本文以微分几何和啮合原理为理论基础,借助理论TCA和Ease-off-TCA方法,研究准双曲面齿轮的啮合性能;基于有限元网格自动划分和齿轮副的精确装配方法,利用ABAQUS中的inp文件实现了有限元分析的批处理,通过刀具修形设计,提高齿轮副啮合性能,为准双曲面齿轮的设计和制造提供一定的参考。本文主要研究内容如下:(1)以齿轮啮合理论和微分几何为基础,建立了含过渡圆角的准双曲面齿轮轮齿精确数学模型;采用基于切齿仿真和逆向建模的方法,对准双曲面齿轮进行实体建模,并对建模结果进行比较。通过对比证明利用切齿仿真方法进行实体建模精度更高,也验证了所建轮齿数学模型的准确性。(2)以准双曲面齿轮轮齿数学模型为基础,研究准双曲面齿轮副的轮齿接触分析,得到其啮合印痕和传动误差;基于小轮共轭齿面研究Ease-off-TCA原理,比较理论TCA和Ease-off-TCA的优缺点,验证了Ease-off-TCA的准确性和可行性;分析安装误差对齿轮副啮合性能的影响,结果表明齿面接触区域与齿轮副安装误差之间存在一定的规律性关系。(3)采用有限元网格自动划分和基于TCA的齿轮副有限元模型精确装配方法,通过编写inp文件,实现了有限元分析的批处理;研究了不同载荷和安装误差对准双曲面齿轮强度性能的影响,结果表明:在安装误差的作用下,在轮齿小端接触时,应力最大,在轮齿中部接触时,应力最小。(4)为进一步提高齿轮副性能,以曲线刃代替直线刃,对小轮齿面进行修形设计;以传动误差、位置对称性和重合度为优化目标,采用NSGA2多目标优化算法对刀具设计参数进行优化;研究传动误差对轮齿的齿根弯曲应力和齿面接触应力的影响,结果显示:传动误差主要影响最大齿面接触应力。


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