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基于有限元法的平面包络环面蜗杆副的力学特性研究

作　者: 汤黎明
导　师: 陈小安
学　校: 重庆大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 平面包络环面蜗杆副建模有限元法齿间载荷分布
分类号: TH132.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 35次
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内容摘要

平面包络环面蜗杆传动副是被广泛应用的齿轮传动,具有承载能力强,耐磨损,寿命长的特点,能适应高速重载的工作要求。但是目前其强度设计方法还不成熟,还没有被学界广泛接受的强度设计公式。本文研究平面包络环面蜗杆副的齿间载荷分布规律,以及接触载荷沿接触线的分布规律等力学特性,对于今后建立平面包络环面蜗杆副的强度设计公式打下了基础。本文基于齿轮啮合原理、计算机辅助设计、齿轮接触分析、非线性有限元分析理论,以计算机辅助设计和有限元分析为手段,提出了便于工程应用的平面包络环面蜗杆副三维实体的建模方法,并对平面包络环面蜗杆传动的接触力学性能进行了深入细致的研究。论文的主要研究内容如下:①基于齿轮啮合原理,推导了平面一次包络环面蜗杆副的接触线方程,和蜗杆的齿面方程,并建立了精确的平面一次包络环面蜗杆副的三维实体模型。根据蜗杆齿面为直纹曲面的特点,提出了一种新的建模思路,利用UG可以高效地建立精确的蜗杆模型。②研究了平面二次包络环面蜗杆副的三维实体建模方法。以齿轮加工中的范成法为理论基础,提出了用虚拟加工法来建立蜗轮模型的方法。利用UG的二次开发语言GRIP,开发了用于建立平面二次包络环面蜗轮的程序,可以方便地完成平面二次包络环面蜗杆副的三维实体建模。③基于非线性有限单元法,研究了平面一次包络蜗杆副的力学性能。发现接触载荷从啮入到啮出过程是逐渐减小的。本文还研究了母平面倾角β对于齿间接触载荷分布的影响,发现在蜗杆齿面不出现非啮合区的前提下,β较大时载荷分布更均匀。④利用自适应网格重划技术,研究了平面一次包络环面蜗杆副的接触载荷沿接触线的分布规律。接触线两端的载荷较大,而占较大区域的中部载荷较小,而且分布均匀。⑤基于非线性有限单元法,研究了平面二次包络环面蜗杆副的力学性能。发现与一次包络相同,接触载荷从啮入到啮出是逐渐变小的。每对轮齿都是双线接触,接触线两端的接触载荷较大,而接触线上的其他部分接触载荷相对较小,而且分布比较均匀。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 平面包络环面蜗杆传动的发展概况  8
  1.2 课题研究背景及研究意义  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-12
    1.3.1 啮合分析方面的基础理论研究  9-10
    1.3.2 平面包络环面蜗杆传动副三维实体建模  10-11
    1.3.3 平面包络环面蜗杆传动力学性能  11-12
  1.4 论文的主要研究内容  12-13
2 一次包络环面蜗杆副的几何造型  13-27
  2.1 引言  13
  2.2 第一次包络过程分析与蜗杆齿面方程  13-18
    2.2.1 坐标系设置与坐标变换  13-15
    2.2.2 母平面方程和母平面的法向量  15-17
    2.2.3 空间一点的相对速度  17
    2.2.4 母平面的接触线方程  17
    2.2.5 蜗杆的齿面方程  17-18
  2.3 平面一次包络蜗杆副的几何造型  18-26
    2.3.1 平面一次包络环面蜗轮的造型  19-21
    2.3.2 平面一次包络环面蜗杆的造型  21-25
    2.3.3 三维虚拟装配  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 二次包络环面蜗杆副的几何造型  27-40
  3.1 引言  27
  3.2 第二次包络过程分析  27-29
  3.3 平面二次包络环面蜗杆的造型  29-31
  3.4 平面二次包络环面蜗轮的造型  31-38
    3.4.1 蜗轮刀具的三维造型  32
    3.4.2 毛坯的三维造型  32-33
    3.4.3 虚拟加工法的思路  33-34
    3.4.4 利用UG/Open GRIP 进行二次开发  34-37
    3.4.5 毛坯的虚拟加工  37
    3.4.6 蜗轮轮齿模型的建立  37-38
    3.4.7 蜗轮模型的建立  38
  3.5 三维虚拟装配  38-39
  3.6 本章小结  39-40
4 一次包络环面蜗杆传动副的有限元分析  40-58
  4.1 接触问题的有限元法  40-41
    4.1.1 ABAQUS 的介绍  40
    4.1.2 接触问题的有限元法  40-41
  4.2 平面包络环面蜗杆传动非线性有限元分析  41-47
    4.2.1 有限元模型的建立  41-45
    4.2.2 结果分析  45-47
  4.3 单个轮齿的接触载荷分布  47-52
    4.3.1 自适应网格重划技术  47-48
    4.3.2 基础模型的建立  48-50
    4.3.3 结果分析  50-52
  4.4 倾斜角β对于接触载荷分布的影响  52-57
    4.4.1 不同 β 角时的仿真分析  52-54
    4.4.2 接触力在蜗轮轮齿之间的分布  54-57
  4.5 本章小结  57-58
5 二次包络环面蜗杆传动副的有限元分析  58-62
  5.1 有限元模型的建立  58-59
  5.2 分析结果  59-61
  5.3 本章小结  61-62
6 结论  62-64
  6.1 全文总结  62-63
  6.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
附录  68

基于有限元法的平面包络环面蜗杆副的力学特性研究

内容摘要

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