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基于分形理论的内斜行星齿轮表面形貌及其刚度模型研究

作　者: 刘鹏
导　师: 黄康
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 行星齿轮接触刚度分形理论微线段齿轮
分类号: TH132.425
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着汽车工业的飞速发展,自动变速器的应用越来越广泛,对自动变速器零部件的要求也越来越高。作为应用最广泛的自动变速器中的行星齿轮机构,其齿轮副的接触性能对变速器的影响尤其重要。齿轮接触刚度的精确计算是轮齿修形、动态特性、故障诊断、寿命预测以及齿轮参数优化设计等研究的前提条件。机械加工件的表面在微观上总是不可能为完全平整的,而当两构件组成运动副时,加工表面的微观形貌对表面接触强度、刚度以及运动副的摩擦、磨损、润滑等都有直接影响,从而直接关系到机器的工作性能。因此,从微观角度考虑并研究齿轮表面形貌对齿轮接触刚度的影响对自动变速器及其他机械的性能有着重要意义。本文针对汽车自动变速箱行星轮系,以微线段齿轮为对象,综合分形理论和传统刚度计算方法,建立齿轮齿面间的法向接触刚度分析与计算模型,并通过仿真计算,验证其具有实用性和通用性；通过采用不同计算方法,进行大量计算,分析总结出齿轮表面形貌对法向接触刚度的影响规律。经研究分析表明：本文基于分形接触理论,建立的齿轮法向接触刚度计算的分形模型考虑齿面微观特性,能用于计算包括内啮合及凹-凸形式接触的外啮合齿轮副在内的齿轮法向接触刚度,且公式具有通用性；通过有限元方法和分形方法进行了针对内斜微线段齿轮的实例计算,结果表明,有限元法与Hertz方法结果较为接近且都小于分形方法。总之,通过本课题的研究,建立基于分形理论的内啮合齿轮法向接触刚度分析理论,能够综合考虑两齿轮接触面的微观因素和宏观特性对齿轮接触刚度的影响,保证了内啮合齿轮副的法向接触刚度分析结果更具准确性和确定性,并能用于一般渐开线齿轮,为现有齿轮的设计、优化和工作性能的提高,及新型齿轮开发和研究提供了的理论依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-13
第一章绪论  13-23
  1.1 选题背景  13-14
  1.2 齿轮表面形貌及接触刚度  14-15
    1.2.1 齿轮表面形貌及表征参数  14
    1.2.2 齿轮接触刚度  14-15
  1.3 汽车自动变速器及其齿轮系统  15-18
  1.4 微线段齿轮简介  18-21
  1.5 齿轮接触刚度国内外研究现状  21-22
  1.6 本文的主要工作  22-23
第二章齿轮刚度及齿轮接触刚度计算  23-28
  2.1 齿轮刚度定义及研究分类  23
  2.2 粗糙表面接触模型  23-27
    2.2.1 Hertz模型  23-25
    2.2.2 统计学模型  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章分形理论的研究及其在粗糙表面的应用  28-38
  3.1 分形理论简介  28-35
    3.1.1 分形理论的发展及应用  30-32
    3.1.2 分形参数  32-33
    3.1.3 表面轮廓的分形维数测定方法  33-35
  3.2 粗糙表面的分形表征  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章基于分形理论的内啮合齿轮副法向接触刚度模型的建立及仿真  38-49
  4.1 粗糙表面接触的分形模型  38-44
  4.2 齿轮的法向接触刚度分形模型的建立  44-48
    4.2.1 两圆柱体结合面的法向接触刚度分形模型  44-46
    4.2.2 齿轮的法向接触刚度模型的建立  46-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章实例验证与分析  49-56
  5.1 基于分形模型的齿轮法向接触刚度计算与分析  49-50
    5.1.1 齿数对模型影响的预测  49-50
    5.1.2 粗糙度幅值参数对模型预测结果的影响  50
  5.2 内斜齿轮法向接触刚度实例分析  50-55
    5.2.1 Hertz方法  51
    5.2.2 有限元方法  51-54
    5.2.3 分形模型计算  54
    5.2.4 对比分析  54-55
  5.3 本章小结  55-56
第六章总结与展望  56-58
  6.1 总结  56
    6.1.1 本文主要完成的工作  56
    6.1.2 主要结论  56
  6.2 展望  56-58
参考文献  58-62
攻读学位期间发表的论文  62

基于分形理论的内斜行星齿轮表面形貌及其刚度模型研究

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