齿轮误差建模与应力分析研究

发布时间：2017-04-23 09:13

  本文关键词：齿轮误差建模与应力分析研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动具有传动功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长等优点，广泛应用于各种机械产品中。随着现代工业技术的快速发展，对齿轮传动性能的要求也越来越高。目前对齿轮的研究大都基于理想模型，而齿廓偏差会影响齿轮的接触刚度，因此研究齿面误差模型的建立方法，将齿廓偏差引入到齿面接触应力的分析，并对齿根弯曲应力进行分析，这将对保证齿轮在传动过程中的强度、工作精度、使用寿命等具有重要意义，并对齿轮的设计与制造也具有较好的指导作用。本文主要研究内容如下： （1）借助小位移旋量（Small Displacement Torsor，SDT）对几何要素偏移的定量描述，分析了基于SDT的公差建模方法；在此基础上，结合点集拓扑学和几何变换相关理论，研究了基于SDT的误差建模方法，并分析了复杂表面的误差建模方法。 （2）通过对齿廓偏差的分布规律分析及其检测实验验证，表明选择其分布规律为正态分布是合理的；在此基础上，利用复杂表面误差建模方法，建立了理想齿面与齿面规范表面模型上对应点之间的数学关系；结合曲面重建技术，建立了含有齿廓偏差的齿面误差实体模型的实例。 （3）对理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮进行静、动态接触有限元分析，得到了接触应力的大小和变化规律。静态分析中，在相关文献试验数据基础上，验证了本文采用有限元法对齿轮接触分析的准确性；同时，发现齿面接触应力随齿廓偏差增大有明显的增大趋势。动态分析中，发现齿廓偏差一定程度上改变了理想齿轮接触应力随单双齿交替啮合状态变化的规律。分析结果与工程实际基本相符，表明了本文所建齿轮规范表面模型具有一定的正确性，对齿轮精度设计和强度设计具有较好的指导价值。 （4）采用解析法、有限元法和试验法三种方法对齿根弯曲应力进行分析，发现三种方法的结果相近，表明了本文采用有限元法对齿根弯曲应力的分析是准确的、可信的，也证明了载荷施加在单对齿啮合上界点时计算结果更加准确，可以用来指导齿轮的设计。
【关键词】：误差建模 渐开线齿面 齿廓偏差 接触应力分析 弯曲应力分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 国内外的研究概况15-21
• 1.2.1 公差信息建模的研究现状15-18
• 1.2.2 齿轮应力有限元分析的研究现状18-21
• 1.3 本文主要研究内容21-22
• 第2章 基于 SDT 的误差建模方法22-32
• 2.1 基本定义22-26
• 2.1.1 表面模型22-23
• 2.1.2 几何要素23-25
• 2.1.3 几何公差和公差带25-26
• 2.2 基于 SDT 的误差建模26-30
• 2.2.1 基于 SDT 的公差建模26-27
• 2.2.2 实体的点集模型27-28
• 2.2.3 点的空间运动28-29
• 2.2.4 基于 SDT 的误差建模方法29-30
• 2.3 复杂表面误差建模分析30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 齿轮误差模型的建立32-45
• 3.1 齿轮精度32-33
• 3.2 渐开线齿廓偏差33-35
• 3.2.1 渐开线齿廓曲线33-34
• 3.2.2 齿廓偏差34-35
• 3.3 齿廓偏差分布规律与实验验证35-38
• 3.3.1 分布规律分析35-36
• 3.3.2 分布规律实验验证36-38
• 3.4 齿面误差建模研究38-40
• 3.5 齿轮误差建模实例40-44
• 3.5.1 齿面规范表面模型上点集的生成40-42
• 3.5.2 齿轮误差模型的建立42-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 齿轮的动静态接触分析45-65
• 4.1 齿轮接触有限元法分析45-50
• 4.1.1 接触问题概论45-46
• 4.1.2 经典赫兹弹性接触算法46-47
• 4.1.3 接触分析有限元法47-48
• 4.1.4 有限元分析的一般步骤48-50
• 4.2 基于 ANSYS 齿轮静态接触分析50-58
• 4.2.1 定义单元类型50-51
• 4.2.2 定义材料属性51
• 4.2.3 接触模型网格划分51-52
• 4.2.4 创建接触对及设置实常数52-54
• 4.2.5 施加载荷及边界条件54-55
• 4.2.6 齿轮接触应力分析准确性验证55-56
• 4.2.7 齿轮静态接触计算结果分析56-58
• 4.3 基于 ANSYS/LS-DYNA 齿轮动态接触分析58-64
• 4.3.1 LS-DYNA 程序概述58
• 4.3.2 定义单元类型和材料属性58-59
• 4.3.3 定义 PART59
• 4.3.4 定义接触59
• 4.3.5 施加载荷59-60
• 4.3.6 齿轮动态接触计算结果分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第5章 齿根弯曲应力分析与试验研究65-71
• 5.1 齿根弯曲应力解析计算65-66
• 5.2 齿根弯曲应力有限元分析66-68
• 5.2.1 划分网格67
• 5.2.2 施加载荷与约束67
• 5.2.3 结果分析67-68
• 5.3 齿根弯曲应力测试试验68-70
• 5.3.1 试验装置与试验方案68-69
• 5.3.2 试验结果与分析69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论与展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文79-80
• 附录B 实验测量数据80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：322165