雙圓弧齒輪的嚙合特性研究及仿真.pdf

1、圓弧齒輪是一種高承載能力的動(dòng)力傳動(dòng)齒輪，具有很高的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，傳動(dòng)中嚙合面易形成動(dòng)壓油膜，且具有良好的跑合性，因此，圓弧齒輪的應(yīng)用研究受到許多國(guó)家的重視。圓弧齒輪傳動(dòng)是一種軸向共軛、點(diǎn)嚙合制的齒輪傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的傳遞依靠接觸跡沿軸向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。雙圓弧齒輪的輪齒是一個(gè)空間螺旋體，形狀非常復(fù)雜，其空間傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)性能更加復(fù)雜，因而利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)雙圓弧齒輪的傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及分析具有特別重要的意義。 本文運(yùn)用仿真

2、技術(shù)對(duì)雙圓弧齒輪的嚙合傳動(dòng)特性進(jìn)行模擬，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。主要內(nèi)容： 1)利用Pro/ENGINEER有限元軟件，模擬切削加工建立了雙圓弧齒輪精確的三維參數(shù)化模型和嚙合傳動(dòng)模型； 2)利用Pro/MECHANICA的Motion獨(dú)立模式對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn)行嚙合特性分析和運(yùn)動(dòng)分析； 3)雙圓弧齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)對(duì)中心距的變位較敏感，因此，對(duì)中心距正、負(fù)變位的情況進(jìn)行模擬仿真并分析。 研究成果： 1)

3、對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn)行嚙合分析， Ⅰ.得到了雙圓弧齒輪進(jìn)行仿真分析時(shí)的重合度公式ε=t/tpx n點(diǎn)接觸系數(shù)εnd=tnd/tpx n對(duì)齒嚙合系數(shù)εnz=tnz/tpx t為一個(gè)輪齒的齒面(包括凸齒面和凹齒面)接觸點(diǎn)從開(kāi)始進(jìn)入嚙合到脫離嚙合所用時(shí)間；tpx為這個(gè)齒的凸齒面(或凹齒面)進(jìn)入嚙合到下一個(gè)齒相對(duì)應(yīng)的凸齒面(或凹齒面)進(jìn)入嚙合所用時(shí)間(即轉(zhuǎn)一個(gè)軸向齒距px所用的時(shí)間)；tnd表示n點(diǎn)接觸在一個(gè)軸向齒

4、距所用時(shí)間，tnz表示n對(duì)輪齒嚙合在一個(gè)軸向齒距所用時(shí)間。并與理論結(jié)果比較，得出誤差≤2％，此公式正確。 Ⅱ.對(duì)相同齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋角，不同齒寬的雙圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn)行嚙合分析，得出齒寬加大，嚙合的齒對(duì)數(shù)、嚙合點(diǎn)數(shù)增多，但載荷的分配差距較大，范圍比齒寬系數(shù)取中間值時(shí)齒寬的齒輪大，對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響大。 因此得出齒寬系數(shù)的選擇應(yīng)取中間值=(ψα=0.4～0.7)，避免取過(guò)小出現(xiàn)單點(diǎn)嚙合的情況；取過(guò)大出現(xiàn)載荷分配不均的現(xiàn)象

5、。 2)對(duì)雙圓弧齒輪傳動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得出雙圓弧齒輪在嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，每一接觸點(diǎn)的相對(duì)滑動(dòng)速度是相等的，且不存在沿軸向的相對(duì)滑動(dòng)。仿真結(jié)果與理論結(jié)果對(duì)比，數(shù)值是一樣的。因此，瞬時(shí)接觸點(diǎn)的位置變動(dòng)，構(gòu)成了齒面之間沿螺旋接觸跡線(xiàn)的純滾動(dòng)，這種齒面高速滾動(dòng)，能在齒面間建立起較厚的潤(rùn)滑油膜，以避免齒面在重載荷下發(fā)生過(guò)度的磨損、擦傷和膠合。 3)得出了嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)，為雙圓弧齒輪的進(jìn)一步研究提供了數(shù)據(jù)保證。 4)對(duì)中心距正、

6、負(fù)變位的情況進(jìn)行模擬仿真并分析，得出正、負(fù)變位時(shí)，每一齒嚙入、嚙出的時(shí)間沒(méi)有變化。當(dāng)正變位時(shí)，每一瞬間嚙合點(diǎn)的載荷疊加數(shù)值減??；相反，當(dāng)負(fù)變位時(shí)，每一瞬間嚙合點(diǎn)的載荷疊加數(shù)值都增加。 當(dāng)中心距負(fù)變位時(shí)，負(fù)變位越大，在凹齒面的嚙合點(diǎn)距齒輪軸心線(xiàn)的距離越近，即嚙合點(diǎn)遠(yuǎn)離節(jié)線(xiàn)，在凸齒面的嚙合點(diǎn)距齒輪軸心線(xiàn)的距離越遠(yuǎn)，即嚙合點(diǎn)也遠(yuǎn)離節(jié)線(xiàn)。 當(dāng)中心距正變位時(shí)，正變位越大，在凹齒面的嚙合點(diǎn)距齒輪軸心線(xiàn)的距離越遠(yuǎn)，即嚙合點(diǎn)向節(jié)線(xiàn)靠近，