论文部分内容阅读
弧齿锥齿轮适用于相交轴间的运动及动力传递,具有高重合度、高承载能力、低噪声等优点,被广泛应用于航空航天、能源机械、数控机床等。高精度、高效率及高功率密度的齿轮发展趋势,对齿轮强度、啮合性能与可靠性等提出了更高的要求。弧齿锥齿轮齿面形状复杂,精确计算齿轮重合度、载荷分配、啮合传动精度、齿根弯曲与齿面接触疲劳强度等对预测齿轮工作的可靠性与稳定性具有重要的意义。齿轮实际啮合过程中,齿面摩擦力与安装误差不可避免,因此本文计算了含摩擦的弧齿锥齿轮齿根弯曲与齿面接触应力,并分析了安装误差对齿轮啮合特性的影响,主要研究内容如下:(1)弧齿锥齿轮几何建模。基于球面渐开线形成原理推导齿轮齿廓方程,基于齿轮展成加工原理推导齿轮齿面节线方程。利用MATLAB求解齿面方程,获得齿面离散点数据。基于CATIA对离散数据点进行曲线与曲面拟合,获得精确的工作齿面,进而建立弧齿锥齿轮几何模型。(2)弧齿锥齿轮有限元接触分析。基于有限元接触理论利用ABAQUS建立弧齿锥齿轮有限元模型,计算齿轮的重合度、载荷分配率、静态传动误差、时变啮合刚度、齿根弯曲与齿面接触应力等,分析齿轮的啮合特性。(3)含摩擦的弧齿锥齿轮弯曲与接触应力计算。以齿面节线为界分析弧齿锥齿轮啮合齿面上摩擦力的分布规律,研究主动轮齿面摩擦力对齿轮载荷分配率及静态传动误差的影响。在ISO弯曲强度计算公式的基础上,基于Lewis悬臂梁模型推导含摩擦的齿轮齿根弯曲应力计算式,在ISO接触强度计算公式的基础上,基于赫兹接触与第四强度理论推导含摩擦的齿轮齿面接触应力计算式。分析齿面摩擦力对齿根弯曲应力及齿面接触应力的影响,并将理论结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,随着齿面摩擦力的增大,弧齿锥齿轮齿根弯曲与齿面接触应力均增大;对于润滑不良的弧齿锥齿轮,摩擦对齿轮强度的影响不容忽视。(4)含安装误差的弧齿锥齿轮啮合特性分析。基于ABAQUS建立含安装误差的弧齿锥齿轮有限元计算模型,分析不同类型安装误差对齿轮载荷分配率、传动误差及齿根弯曲应力的影响,比较齿轮啮合特性对不同类型安装误差变动的敏感性。结果表明,安装误差值为负值时,弧齿锥齿轮啮合性能明显降低;安装误差对齿轮传动误差影响较大,对齿根弯曲应力影响较小。