【摘要】：齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)在現(xiàn)代化的工業(yè)進(jìn)程中有著無可替代的作用,在電力、能源、交通、國防和航空領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)中的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)長期在高速、重載的條件下工作,同時(shí)必須滿足低噪音、輕量化、高可靠性、長壽命的要求。因此,齒輪的振動(dòng)可靠性和減小振動(dòng)的齒廓修形研究對齒輪的設(shè)計(jì)具有重要意義。目前考慮振動(dòng)的齒輪設(shè)計(jì)研究主要表現(xiàn)在齒輪固有特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究方面,沒有考慮齒輪參數(shù)的誤差等隨機(jī)因素的影響,而用概率描述隨機(jī)性才更準(zhǔn)確。因此有必要將可靠性理論引入齒輪的設(shè)計(jì)工作中,從振動(dòng)的角度開展高速、重載齒輪的可靠性研究,并應(yīng)用優(yōu)化方法進(jìn)行齒廓修形減振分析,這對提高齒輪的工作性能、可靠性都有重大的意義。 本研究從工程應(yīng)用的角度出發(fā),以直齒圓柱齒輪為研究對象,將遺傳算法、修形理論、隨機(jī)參數(shù)振動(dòng)、非線性振動(dòng)、動(dòng)態(tài)可靠性理論等先進(jìn)的理論和技術(shù)相結(jié)合,對齒輪系統(tǒng)的傳遞誤差可靠性、非線性振動(dòng)可靠性、結(jié)構(gòu)頻率可靠性,齒廓修形減振等多個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要研究工作如下： (1)基于齒輪系統(tǒng)非線性振動(dòng)模型,通過數(shù)值逐步積分法把隨機(jī)參數(shù)的概率特征反映在系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)中,并將隨機(jī)過程理論引入振動(dòng)可靠性的計(jì)算中來,以單位嚙合周期內(nèi)振幅超差作為失效準(zhǔn)則,形成了一種基于隨機(jī)過程跨越分析方法的非線性隨機(jī)參數(shù)振動(dòng)可靠度計(jì)算方法。該方法針對齒輪非線性振動(dòng)的復(fù)雜性,采用數(shù)值求解并直接對振動(dòng)響應(yīng)的概率分布進(jìn)行評估,避免了近似算法的誤差,可直接應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)中。 (2)為了尋找減振效果最好的修形參數(shù),依靠參數(shù)化有限元建模模擬修形齒輪的嚙合過程,并引入遺傳算法,以減小齒輪嚙合傳遞誤差的波動(dòng)作為目標(biāo),對直齒圓柱齒輪齒廓修形參數(shù)進(jìn)行了高精度的優(yōu)化設(shè)計(jì),通過對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行減振效果分析,說明該方法準(zhǔn)確,有效,能大幅度的減小齒輪的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 (3)為了揭示齒輪系統(tǒng)振動(dòng)非線性行為的本質(zhì),避免混沌振動(dòng)狀態(tài),在考慮傳遞誤差、時(shí)變嚙合剛度、齒側(cè)間隙的基礎(chǔ)上,建立單間隙以及多間隙的齒輪系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)模型,用數(shù)值方法對模型進(jìn)行了求解,分析了系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性,從相圖和Poincare圖上定性判斷了混沌性態(tài),并計(jì)算了當(dāng)頻率比變化時(shí)系統(tǒng)的分岔圖和Lyapunov指數(shù)圖,利用Lyapunov指數(shù)定量識別了混沌振動(dòng),判斷了混沌振動(dòng)區(qū)域,為齒輪非線性振動(dòng)的可靠性分析奠定了基礎(chǔ)。 (4)為了研究修形參數(shù)對齒輪嚙合傳遞誤差可靠性影響,用響應(yīng)面法獲取齒輪副隨機(jī)參數(shù)嚙合傳遞誤差的極限狀態(tài)函數(shù),并利用Monte-Carlo可靠性及可靠性敏感度分析方法獲取傳遞誤差振幅不超差的可靠度及可靠性敏感度。 (5)基于ANSYS軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL(ANSYS Parametric Design Language)分別建立了漸開線齒廓、齒廓直線修形和齒廓拋物線修形時(shí)的齒輪嚙合參數(shù)化有限元模型�？梢詼�(zhǔn)確模擬具有隨機(jī)參數(shù)的齒輪副的嚙合過程,并對齒輪時(shí)變嚙合剛度和齒輪傳遞誤差進(jìn)行了仿真計(jì)算。 (6)根據(jù)齒輪結(jié)構(gòu)的固有頻率與激振頻率差的絕對值不超過規(guī)定值的關(guān)系準(zhǔn)則,定義齒輪隨機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題的系統(tǒng)可靠度,并結(jié)合直齒圓柱齒輪和弧齒錐齒輪提出避免共振的頻率可靠性分析方法,討論了隨機(jī)參數(shù)統(tǒng)計(jì)特性的改變對齒輪結(jié)構(gòu)頻率可靠性的影響。所得結(jié)論為改善齒輪結(jié)構(gòu),保證齒輪系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TH132.41
【圖文】：

直齒輪輪齒的彈性變形，一般將其處理成二維平面問題，相應(yīng)的受載彈性變形計(jì)算方法有材料力學(xué)方法、數(shù)學(xué)彈性力學(xué)方法和以有限元法為代表的數(shù)值方法。這里采用石川法〔’051計(jì)算齒輪時(shí)變嚙合剛度，該方法屬于材料力學(xué)方法。如圖2.1所示，將輪齒看成是長方形和梯形的組合。一二冬一，一{}、… ////// ////// ////// /////// //////圖2.1直齒輪剛度的計(jì)算方法示意圖 Fig.2.1DiagramtocaleulationsPurgearsti瓜ess根據(jù)輪齒的形狀，可計(jì)算如下:

根據(jù)加工方式及加工刀具齒廓的不同，齒根過渡曲線有多種形式。采用齒條插刀或滾刀加工齒輪時(shí)，如果刀具齒廓的頂部只具有一個(gè)圓角，則過渡曲線為一整段延伸漸開線的等距曲線。齒條刀具結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，齒條型刀具加工齒輪的過程如圖2.4所示[109]、、、‘、、線叮、、、、/，川飛歲、、、診飛東/一長、入一六丁=以咨職n:‘廠//.\式“加~卜/\ha\r“/圖2.3齒條刀具結(jié)構(gòu)圖 Fig.2.3StrUetureofrackcutter，X圖2.4齒條刀具加工齒輪過程示意圖 Fig.2.4Proeessoftoolinggearbyrackeutter圖2.3中，。為刀具圓角圓心吼距中線的距離;b為刀具圓角圓心吼距刀具齒槽中心線的距離;今為刀具圓角半徑;《為齒高系數(shù);c*為徑向間隙系數(shù)。圖2.4中，c為節(jié)點(diǎn);nn為刀具圓角與過渡曲線接觸點(diǎn)的公法線，試為nn與刀具加工節(jié)線的夾角。這種齒根過渡曲線的參數(shù)間具有如下關(guān)系L’091:a=hjm+c’m一rPb=匹竺 (2.13)今=2二m一4《 mtan吼e*m對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，得出圖2.44cosao今(1一sin。。)所示坐標(biāo)系下延伸漸開線等距曲線的參數(shù)方程一警51一:贏·。)COS‘“二一

根據(jù)加工方式及加工刀具齒廓的不同，齒根過渡曲線有多種形式。采用齒條插刀或滾刀加工齒輪時(shí)，如果刀具齒廓的頂部只具有一個(gè)圓角，則過渡曲線為一整段延伸漸開線的等距曲線。齒條刀具結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，齒條型刀具加工齒輪的過程如圖2.4所示[109]、、、‘、、線叮、、、、/，川飛歲、、、診飛東/一長、入一六丁=以咨職n:‘廠//.\式“加~卜/\ha\r“/圖2.3齒條刀具結(jié)構(gòu)圖 Fig.2.3StrUetureofrackcutter，X圖2.4齒條刀具加工齒輪過程示意圖 Fig.2.4Proeessoftoolinggearbyrackeutter圖2.3中，。為刀具圓角圓心吼距中線的距離;b為刀具圓角圓心吼距刀具齒槽中心線的距離;今為刀具圓角半徑;《為齒高系數(shù);c*為徑向間隙系數(shù)。圖2.4中，c為節(jié)點(diǎn);nn為刀具圓角與過渡曲線接觸點(diǎn)的公法線，試為nn與刀具加工節(jié)線的夾角。這種齒根過渡曲線的參數(shù)間具有如下關(guān)系L’091:a=hjm+c’m一rPb=匹竺 (2.13)今=2二m一4《 mtan吼e*m對于標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，得出圖2.44cosao今(1一sin。。)所示坐標(biāo)系下延伸漸開線等距曲線的參數(shù)方程一警51一:贏·。)COS‘“二一，一警COS一:渝·、)51·‘試一

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2763990