渐开线直齿圆柱齿轮修形技术研究

摘要

受加工安装误差、齿轮受载变形等因素的影响，渐开线直齿圆柱齿轮传动过程中一方面会存在载荷冲击以及传动误差波动较大的情况，导致传动过程中出现振动现象；另一方面，齿轮啮合时会出现载荷沿齿宽方向分布不均匀的现象，造成齿轮传动过程中出现应力集中和偏载问题。这些问题会降低齿轮强度，严重影响渐开线直齿圆柱齿轮传动系统的使用寿命。
　　针对上述问题，本文提出了一种基于最佳啮合性能的新型齿廓修形方法和鼓形修形方法，构建了相应的修形齿面方程，并基于曲面拟合原理，提出了一种修形曲面的精确建模方法。针对不同工况下的齿轮副，采用本文研究的方法，能够确定相适应的修形参数，从而获得最佳修形效果。
　　基于有限元仿真分析技术，本文还研究了修形齿轮副的瞬态啮合仿真分析方法，并在此基础上提出了一种修形齿轮副的啮合性能评价方法。通过分析齿轮啮合过程中的齿面接触应力情况和齿根弯曲应力情况，能够判断修形齿轮副是否满足强度要求。通过分析传动误差波动情况，以及单对轮齿啮入啮出过程中轮齿载荷的分布情况，能够分析出齿廓修形效果。通过分析齿轮啮合过程中接触区域的位置和形状，以及齿面接触应力值沿齿宽方向的分布情况，能够分析出鼓形修形效果。
　　本文还详细研究了关键修形参数对齿轮传动啮合性能的具体影响。研究结果表明，对齿轮传动进行齿廓修形时，不同的修形长度、不同的最大齿廓修形量、不同的齿廓修形曲线都基本不会影响齿轮副的强度，但是对传动误差的波动情况、载荷冲击现象影响比较明显。对齿轮传动进行鼓形修形时，不同的鼓形中心位置、不同的最大鼓形修形量、不同的鼓形修形曲线不仅会影响齿轮传动的强度，还会影响齿面接触应力分布情况。当没有选用适宜的鼓形修形参数时，不仅不会改善齿轮偏载现象，还会降低齿轮强度。
　　最后，本文基于正交试验方法，对修形参数优选方法进行了研究。综合考虑试验效率和试验效果，选择正交表安排优选试验。对使用各个修形方式的齿轮副进行啮合仿真分析，以获得最佳啮合性能为目标比较分析结果，能够选出最适宜的修形方式。此外，本文以一组齿轮副为例，验证了该方法的有效性。

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摘 要

ABSTRACT

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外的研究综述

1.2.1 齿廓修形方法的研究现状

1.2.2 齿向修形方法的研究现状

1.2.3 修形齿轮副啮合性能评价方法的研究现状

1.3 论文的主要研究内容

2 基于最佳啮合性能的渐开线直齿圆柱齿轮修形方法

2.1 渐开线直齿圆柱齿轮齿廓修形

2.1.1 渐开线直齿圆柱齿轮齿廓修形机理

2.1.2 基于最佳啮合性能的齿廓修形方法

2.1.3 齿廓修形齿面的精确建模

2.2 渐开线直齿圆柱齿轮齿向修形

2.2.1 渐开线直齿圆柱齿轮齿向修形机理

2.2.2 基于最佳啮合性能的鼓形修形方法

2.2.3 鼓形修形齿面的精确建模

2.3 本章小结

3 修形齿轮副啮合性能分析

3.1 修形齿轮副瞬态啮合仿真分析

3.2 齿廓修形齿轮副啮合性能分析

3.3 鼓形修形齿轮副啮合性能分析

3.4 本章小结

4 修形参数对齿轮副啮合性能的影响

4.1 齿廓修形参数对齿轮副啮合性能的影响

4.1.1 修形长度对啮合性能的影响

4.1.2 最大齿廓修形量对啮合性能的影响

4.1.3 齿廓修形曲线对啮合性能的影响

4.2 鼓形修形参数对齿轮副啮合性能的影响

4.2.1 鼓形中心位置对啮合性能的影响

4.2.2 最大鼓形修形量对啮合性能的影响

4.2.3 修形曲线对啮合性能的影响

4.3 本章小结

5 基于正交试验方法的修形参数优选

5.1 齿廓修形参数优选

5.2 鼓形修形参数优选

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况