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偏置圆柱蜗杆面齿轮传动的动力学分析研究

作　者: 魏洪方
导　师: 李清
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 齿轮传动 面齿轮 耦合振动 模态分析 动力学分析
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 76次
引　用: 1次
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内容摘要


齿轮传动是机械传动中最基本的传动方式之一,面齿轮传动是一种新型的齿轮传动,它有很多独特的优点,尤其是在高速重载的场合下。本文研究了偏置面齿轮的齿面生成及啮合特性、偏置面齿轮传动的加工建模和偏置面齿轮传动的动力学分析等。在偏置面齿轮齿面生成的研究中,根据齿轮啮合原理中齿面的啮合条件,推导了面齿轮的齿面方程、避免面齿轮齿顶变尖与齿根根切的条件;推导了面齿轮的防止变尖和根切的最大外径和最小内径的计算方法;通过对面齿轮传动的啮合特性分析,推导了面齿轮齿面和圆柱蜗杆齿面的接触轨迹方程,并对无安装误差时的重合度进行了分析。在偏置面齿轮传动的建模中,研究了偏置面齿轮齿面数据点坐标的生成方法,运用MATLAB计算出面齿轮的最大外径和最小内径,最后建立了面齿轮的三维实体模型。在偏置面齿轮传动的动力学分析中,运用振动的基本理论和有限元软件ANSYS对面齿轮的动力学特性进行分析研究。基于集中参数理论,建立了偏置面齿轮传动系统的多自由度弯曲-扭转-轴向移动-扭摆耦合振动的三维空间动力学模型。采用Wilson-θ法,对面齿轮传动系统的动态响应进行了数学仿真,得到了系统的动态响应方程。在有限元分析中对三维实体模型进行模态分析,并分析了齿数差、接触位置和压力角等对模态的影响。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 面齿轮国外研究现状  7-11
  1.2 面齿轮国内研究现状  11-12
  1.3 面齿轮的传动特点  12-14
第二章 偏置圆柱蜗杆面齿轮传动啮合分析  14-32
  2.1 概述  14-16
    2.1.1 研究内容简介  14-15
    2.1.2 偏置圆柱蜗杆传动特征分析  15-16
  2.2 偏置圆柱蜗杆面齿轮传动坐标系的建立及坐标变  16-27
    2.2.1 建立坐标系  16-17
    2.2.2 坐标变换  17-18
    2.2.3 蜗杆齿面方程  18-22
    2.2.4 啮合点处相对运动速度  22-24
    2.2.5 啮合函数及啮合方程  24-25
    2.2.6 偏置圆柱蜗杆传动的齿面方程  25-27
  2.3 面齿轮的根切与齿顶变尖  27-29
  2.4 面齿轮传动的加工建模  29-31
    2.4.1 面齿轮的加工  29
    2.4.2 面齿轮的建模  29-31
    2.4.3 圆柱蜗杆建模  31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 偏置面齿轮传动系统的耦合振动分析  32-48
  3.1 多自由度系统无阻尼自由振动运动方程的求解  32-33
  3.2 多自由度有阻尼系统强迫振动运动方程的求解  33-38
  3.3 偏置面齿轮传动系统的耦合振动分析  38-47
    3.3.1 面齿轮传动系统的振动模型  38-39
    3.3.2 面齿轮传动系统的振动方程  39-40
    3.3.3 系统振动的激励分析  40
    3.3.4 啮合刚度的计算分析  40-43
    3.3.5 齿轮啮合误差的分析  43-44
    3.3.6 系统振动方程的求解  44
    3.3.7 齿轮系统的振动响应  44-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 基于ANSYS 的偏置面齿轮传动模态分析  48-61
  4.1 模态分析的基本概念  48
  4.2 面齿轮传动接触问题  48-49
  4.3 模态分析的步骤  49-52
    4.3.1 模型的建立  49-50
    4.3.2 指定分析类型和分析选项  50-51
    4.3.3 定义主自由度  51
    4.3.4 在模型上施加载荷  51
    4.3.5 指定载荷步选项  51-52
  4.4 偏置面齿轮传动模态分析  52-54
    4.4.1 导入模型  52-53
    4.4.2 设置单元类型和材料属性  53
    4.4.3 划分网格  53
    4.4.4 定义接触  53-54
    4.4.5 指定分析类型施加约束条件  54
    4.4.6 模态扩展并求解  54
  4.5 分析结果及计算结果  54-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章 总结与展望  61-64
  5.1 论文的主要工作和结论  61
  5.2 进一步的研究工作  61-64
参考文献  64-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68

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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 > 齿轮及齿轮传动
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