發(fā)布時(shí)間：2020-10-30 02:36

　　 高速重載齒輪傳動(dòng)全工況動(dòng)態(tài)性能分析對(duì)降低齒輪傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲具有重要的作用,發(fā)展高速重載齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析理論和方法將有助于實(shí)現(xiàn)高速重載齒輪國(guó)產(chǎn)化,提高國(guó)內(nèi)自主開發(fā)能力,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。本文基于齒輪嚙合原理、輪齒接觸分析、摩擦學(xué)和傳熱學(xué)、非線性系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助工程、振動(dòng)沖擊理論,以有限元計(jì)算方法和解析法與實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合,用科學(xué)的建模取代半經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算,用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)分析取代傳統(tǒng)的靜態(tài)分析,在全工況下對(duì)高速重載齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了熱彈變形分析,輪齒修形設(shè)計(jì)以及參數(shù)激勵(lì)和非線性并存的動(dòng)力分析,并提出了相應(yīng)的分析理論和方法。本文的主要內(nèi)容如下: ⑴研究了用材料力學(xué)方法和接觸問題有限元法求解齒輪傳動(dòng)的變形和剛度問題。 ⑵基于接觸問題有限元模型用摩擦學(xué)和傳熱學(xué)理論研究了齒輪本體溫度和熱變形對(duì)齒輪傳動(dòng)的影響,考慮到用有限元法分析體積溫度的最大困難在于估算摩擦熱輸入和放熱系數(shù),本文對(duì)此亦作了適當(dāng)討論。 ⑶在接觸分析和溫度分析的基礎(chǔ)上,用數(shù)值方法把二者耦合起來,采用輪齒熱彈耦合有限元分析模型,用熱彈耦合有限元法分析了相應(yīng)的變形和剛度曲線,并編制調(diào)試了應(yīng)用程序,從而可以很方便地求得齒輪嚙合變形及剛度曲線。 ⑷在研究修形原理的基礎(chǔ)上,提出了一種基于熱彈耦合變形求圓柱齒輪理想修形曲線的方法,理論計(jì)算和實(shí)踐證明,這種方法具有良好的效果。 ⑸提出了一種在綜合考慮熱彈性、間隙、制造安裝誤差、體積溫度等各種因素下的全工況動(dòng)態(tài)性能分析方法,并進(jìn)行全工況高速重載齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真。 ⑹利用集中參數(shù)法建立了考慮時(shí)變剛度、誤差和間隙的齒輪傳動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)模型與方程,用數(shù)值解法對(duì)微分方程求解,獲得的數(shù)值解以時(shí)域圖,頻域圖,相圖和Poincaré截面表示,得到了系統(tǒng)多諧振動(dòng)響應(yīng)的基本規(guī)律,從而可在設(shè)計(jì)階段預(yù)估其動(dòng)態(tài)性能,使系統(tǒng)盡量避開共振頻率,對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響進(jìn)行了分析,得出了一些有益的結(jié)論。 ⑺建立了包含齒輪副、傳動(dòng)軸、軸承和箱體在內(nèi)的齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)完整的三維有限元模型,該模型較好地描述了齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 ⑻用I-DEAS對(duì)齒輪系統(tǒng)進(jìn)行了有限元模態(tài)分析,求解了齒輪系統(tǒng)的固有特性。 ⑼對(duì)齒輪傳動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)微分方程應(yīng)用諧波平衡法推導(dǎo)了相應(yīng)的公式進(jìn)行 WP=6 求解,并編制了相應(yīng)的程序。同時(shí)與三維有限元模型相結(jié)合計(jì)算了在齒輪嚙合激勵(lì)下齒輪箱的動(dòng)態(tài)響應(yīng),分析了齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 ⑽對(duì)實(shí)際減速器進(jìn)行了高速重載下的實(shí)驗(yàn)研究,得到了齒輪箱表面的振動(dòng)響應(yīng)分布,與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,吻合良好,表明所建立模型的正確性。 論文在以下幾個(gè)方面具有創(chuàng)新性: ⑴采用熱彈耦合有限元方法得到高速重載齒輪傳動(dòng)的變形和剛度曲線。提出了一種基于熱彈耦合變形確定齒輪理想修形曲線的方法。 ⑵提出了綜合考慮熱彈性、時(shí)變剛度、間隙、體積溫度等各種因素下的高速重載齒輪系統(tǒng)全工況動(dòng)態(tài)性能分析方法。 ⑶用數(shù)值解法對(duì)微分方程求解,獲得的數(shù)值解以時(shí)域圖,頻域圖,相圖和Poincaré截面表示,得到了系統(tǒng)多諧振動(dòng)響應(yīng)的基本規(guī)律,從而可在設(shè)計(jì)階段預(yù)估其動(dòng)態(tài)性能。 ⑷進(jìn)行了參數(shù)激勵(lì)和非線性并存的三維齒輪系統(tǒng)的有限元?jiǎng)討B(tài)仿真。把諧波平衡法和三維有限元法結(jié)合起來,進(jìn)行全工況整個(gè)齒輪系統(tǒng)(包括傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng))的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：TH132.4
【部分圖文】：

熱平衡受到諸多因素的影響，如齒輪的幾何荷、使用的潤(rùn)滑劑和冷卻設(shè)備以及實(shí)際操作荷是決定輪齒溫度大小的主要因素之一。由產(chǎn)生的齒間載荷分配和輪齒嚙入及嚙出沖擊勻分布的，這是漸開線齒輪傳動(dòng)不可避免的差和齒形誤差將加劇齒輪載荷的突變，特別偏離標(biāo)準(zhǔn)的漸開線導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊小齒輪嚙入/嚙出沖擊和熱彈變形、制造誤擊與振動(dòng)。齒面接觸力的大小及分布將直接分布并對(duì)輪齒本體溫度和瞬時(shí)溫度產(chǎn)生決定極其重要的，它是齒輪修形及動(dòng)力學(xué)分析的算大致有三種方法，即材料力學(xué)方法、彈性料力學(xué)理論、有限元方法和有限元熱彈耦合。

+02invz(2-11)) ( )22222rF r s(2-12)gr ：基圓半徑；kr ：齒頂圓半徑；rr ：齒根載荷作用點(diǎn)和齒輪中心點(diǎn)的距離；0α ：壓力作用點(diǎn)沿嚙合線方向變形量之和∑δ 為：pv+δ+δ2(2-13)pv 是齒面接觸部分的變形量：bFENν)2(2-14)可分

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文由圖中可見，熱變形使輪齒具有膨脹變形，增大了齒厚。工作齒面向外膨脹，這對(duì)輪齒的變形有一定的補(bǔ)償作用，可使接觸區(qū)域的變形減小，在一定程度上減緩運(yùn)轉(zhuǎn)齒輪的嚙入嚙出沖擊。接觸有限元法計(jì)算的結(jié)果介于材料力學(xué)法和熱彈耦合法之間，以熱彈耦合法所得結(jié)果最小，這是熱變形對(duì)變形的補(bǔ)償。材料力學(xué)法計(jì)算的結(jié)果一般偏大，不過從工程實(shí)用性角度出發(fā)，其簡(jiǎn)便、有足夠的精度，所以也不失為一種較適宜的彈性變形計(jì)算方法。由此，得到了齒輪的變形剛度曲線，這是進(jìn)一步進(jìn)行修形和動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。
【引證文獻(xiàn)】

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1 張磊;變速器齒輪承載能力分析方法的研究及應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2011年

2 肖正明;土壓平衡盾構(gòu)機(jī)主減速器三級(jí)行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[D];重慶大學(xué);2011年

3 袁哲;齒輪振動(dòng)可靠性與修形減振策略研究[D];東北大學(xué);2010年

4 屈文濤;非常規(guī)條件下雙圓弧齒輪傳動(dòng)工作能力研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 劉佳;直線式作動(dòng)器中精神行星傳動(dòng)的承載能力研究[D];南京理工大學(xué);2011年

2 楊艷;修形齒輪數(shù)字化設(shè)計(jì)方法與技術(shù)[D];中南大學(xué);2011年

3 陳海鋒;圓柱齒輪傳動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)鍵合圖建模研究[D];中南大學(xué);2011年

4 武志斐;基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析[D];太原理工大學(xué);2008年

5 危自強(qiáng);新型濾波傳動(dòng)件輪齒熱分析[D];重慶大學(xué);2010年

6 李丹;高速列車傳動(dòng)齒輪箱齒輪轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性研究[D];大連理工大學(xué);2012年

7 曹從慶;機(jī)車車輛齒輪參數(shù)化CAD系統(tǒng)研究[D];西南交通大學(xué);2012年

8 林桂強(qiáng);高扭矩高槽深比同向雙螺桿擠出機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及性能研究[D];北京化工大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2861852