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TI蜗杆传动机构虚拟样机的设计与结构模态分析

作　者: 牛玉荣
导　师: 刘虹
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: TI蜗杆 渐开线斜齿轮 三维建模 ADAMS 虚拟样机 模态分析
分类号: TH132.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
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内容摘要


渐开面一次包络环面蜗杆传动简称一次包络TI蜗杆传动,是由渐开线斜齿圆柱齿轮及其包络的环面蜗杆组成。TI蜗杆传动具有传动效率高、承载能力大等特点,是一种很有前景的传动形式。本文主要是围绕TI蜗杆传动机构,对其一次包络啮合理论、精确的三维模型、动力学仿真分析及结构的模态分析进行了研究。主要的研究内容如下：首先,根据齿轮啮合理论,推导TI蜗杆的齿面方程,建立了TI蜗杆传动的数学模型。其次,由于TI蜗杆齿廓曲面的复杂性,传统软件对其进行直接的精确建模有很大的难度,所以本文在总结前人的基础上,提出了一种基于UG的TI蜗杆建模方法。运用UG/Open GRIP语言和UG中各种布尔操作命令相结合的方法精确的建立了TI蜗杆和渐开线斜齿轮的实体模型并完成了TI蜗杆传动机构的装配模型。这种建模方法避免了多种软件交叉使用而带来的软件接口问题,且在建模过程中最大限度的实现了参数化设计,极大地方便了模型的修改。再次,在ADAMS中建立TI蜗杆传动机构的虚拟样机模型并进行动力学仿真分析,通过输入主动件蜗杆的运动规律,得到了从动件斜齿轮轴转速以及蜗杆蜗轮啮合力的变化规律。利用虚拟样机技术,能够尽早的发现模型中存在的问题,并为物理样机的制造提供一定的依据,可以缩短产品研发周期,降低研发成本。最后,根据振动理论,在ANSYS经典环境中分别对TI蜗杆和渐开线斜齿轮进行了结构模态分析。计算模态获得的动态特性参数,可以为系统的故障诊断提供可靠的依据,同时也可为系统的动态响应计算和分析奠定基础。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第一章 绪论  15-22
  1.1 课题研究的背景及意义  15
  1.2 环面蜗杆传动的分类及应用  15-17
  1.3 TI蜗杆传动的特点及发展现状  17-19
    1.3.1 TI蜗杆传动的特点  17
    1.3.2 TI蜗杆传动的发展现状  17-19
  1.4 虚拟样机技术的内容及应用  19-20
    1.4.1 虚拟样机技术的内容  19
    1.4.2 虚拟样机技术的应用  19-20
  1.5 课题研究的主要内容  20-22
第二章 TI蜗杆传动的数学模型  22-32
  2.1 TI蜗杆传动坐标系的建立及坐标变换  22-23
    2.1.1 坐标系的建立  22
    2.1.2 坐标变换  22-23
  2.2 渐开线斜齿轮的齿面方程  23-27
    2.2.1 斜齿轮端截面渐开线的方程  23
    2.2.2 斜齿轮的齿面方程  23-24
    2.2.3 渐开线斜齿轮齿面上任意一点的单位法矢量n~((2))方程  24-26
    2.2.4 斜齿轮齿面包络TI蜗杆齿面啮合点处的相对运动速度  26-27
  2.3 一次包络TI蜗杆的齿面方程  27-31
    2.3.1 渐开线斜齿轮齿面包络TI蜗杆齿面的啮合方程  27-28
    2.3.2 渐开线斜齿轮的齿面瞬时接触线方程  28-29
    2.3.3 啮合面方程  29-30
    2.3.4 TI蜗杆的齿面方程  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 基于UG的TI蜗杆传动机构的实体模型  32-46
  3.1 UG/Open GRIP概述  32-34
    3.1.1 UG/Open GRIP简介  32
    3.1.2 GRIP编程步骤  32-33
    3.1.3 GRIP语言中的部分函数功能及格式  33-34
  3.2 原始参数的取值和接触区域的边界条件  34-38
    3.2.1 TI蜗杆传动的几何计算  35
    3.2.2 原始参数的取值范围  35-37
    3.2.3 TI蜗杆传动齿面接触区域的边界条件  37-38
  3.3 TI蜗杆的实体模型  38-40
    3.3.1 原始参数和边界条件的调整  38-39
    3.3.2 TI蜗杆的造型步骤  39-40
  3.4 渐开线斜齿轮的实体模型  40-44
    3.4.1 渐开线斜齿轮齿槽曲线的数学模型  40-41
    3.4.2 渐开线斜齿轮的造型步骤  41-44
  3.5 TI蜗杆传动机构的整体模型  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 基于ADAMS的TI蜗杆传动机构的多刚体动力学仿真  46-57
  4.1 多刚体动力学研究概述  46
  4.2 ADAMS简介  46-47
  4.3 TI蜗杆传动机构虚拟样机模型的建立  47-53
    4.3.1 样机模型的简化  47
    4.3.2 样机模型的引入  47-49
    4.3.3 ADAMS环境设置  49
    4.3.4 设定模型中零部件的属性参数  49-50
    4.3.5 添加零件间的约束  50-51
    4.3.6 施加载荷和运动激励  51-53
    4.3.7 虚拟样机模型的完成并验证  53
  4.4 TI蜗杆传动机构动力学仿真分析  53-55
    4.4.1 蜗杆和斜齿轮转速分析  53-54
    4.4.2 TI蜗杆传动啮合力分析  54-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章 TI蜗杆和渐开线斜齿轮的结构模态分析  57-67
  5.1 结构模态分析概述及理论  57-58
    5.1.1 模态分析概述  57
    5.1.2 计算模态分析理论  57-58
  5.2 模态分析基本步骤  58-59
  5.3 TI蜗杆和渐开线斜齿轮的有限元模型  59-60
  5.4 蜗杆的计算模态分析  60-64
    5.4.1 自由模态计算结果  61-62
    5.4.2 约束模态计算结果  62-64
    5.4.3 自由模态和约束模态的比较  64
  5.5 渐开线斜齿轮的计算模态分析  64-66
  5.6 本章小结  66-67
第六章 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士期间发表的论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 机械传动机构 > 啮合传动 > 蜗轮蜗杆传动
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