考虑粗糙齿面的传动齿轮动态啮合刚度计算

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1、分类号:TH1210710-2015125124硕士学位论文考虑粗糙齿面的传动齿轮动态啮合刚度计算李晨阳导师姓名职称贺朝霞副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称工程机械论文提交日期2018年3月15日论文答辩日期2018年5月14日学位授予单位长安大学DynamicMeshingStiffnessofTransmissionGearsConsideringRoughToothSurfaceAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiChenyangSupervisor：Prof.HeZha

2、oxiaChang’anUniversity,Xi’an,China摘要齿轮传动具有效率高、结构紧凑、使用寿命长等优点，被广泛应用于工程机械、船舶和飞机中。齿轮副啮合刚度的周期性变化是齿轮系统产生振动的重要内部激励之一，精确的齿轮啮合刚度计算方法可以获得更合理的结果，能够为全面评价传动系统特性并进行减振降噪设计提供依据。齿轮啮合刚度计算一般将齿面视为理想光滑曲面，与真实粗糙齿面存在一定差距。考虑粗糙度影响对于提高齿轮啮合刚度计算的精确度有重要意义。本文以一种功率分流/汇流齿轮传动系统为研究对象，计及齿面接触的影响，首先将齿面视为理想光滑弹性

3、接触体，建立了光滑齿面的啮合刚度计算方法。进一步考虑粗糙齿面的接触，基于分形原理将粗糙齿面微凸体视为高度各异的球体，使用W-M函数计算微凸体法向高度，将各种条件加入变形协调方程，进行迭代求解啮合刚度。基于粗糙齿面啮合刚度的计算方法，分析了齿面粗糙度、齿轮结构、载荷等因素对齿轮啮合刚度的影响。(1)建立了一种考虑接触的光滑齿面啮合刚度计算方法。采用有限元方法获得齿面刚度矩阵，对其求逆获得柔度矩阵，进行插值与接触柔度矩阵进行叠加，通过变形协调方程迭代计算获得齿轮的啮合刚度。通过与文献对比验证了方法的合理性。进一步对功率分流/汇流齿轮传动系统中的

4、三对斜齿轮进行了计算，分析了其特点。(2)建立了一种考虑接触的粗糙齿面啮合刚度计算方法。采用分形理论模拟粗糙表面，用W-M函数模拟微凸体法向高度，将有限元方法得到的柔度矩阵与考虑粗糙度的接触柔度矩阵叠加，通过改进的接触变形协调方程迭代求解获得粗糙齿面啮合刚度。与文献对比分析不同齿面啮合刚度的变化趋势，同样针对三对斜齿轮进行进行考虑粗糙度的动态啮合刚度计算。(3)在齿面模拟中，采用W-M分形函数模拟了粗糙齿面微凸体法向高度。改变分形函数参数进行对比分析，发现物体表面轮廓的粗糙度要结合分形维数D和尺度系数G综合考虑。(4)研究了粗糙度和其它因素

5、对齿轮啮合刚度的影响。通过计算不同齿面粗糙度的啮合刚度发现齿面粗糙度值越大，啮合刚度值会越小。进一步改变轴孔直径、腹板结构、i啮合力的大小对粗糙齿面啮合刚度进行计算，分析表明：轴孔直径增大，齿轮啮合刚度因结构刚度改变随之增大；实心式齿轮也由于结构刚度影响，使得其啮合刚度比腹板式大；其它条件不变的情况下，总载荷增大，啮合刚度也随之增大。关键词：啮合刚度，粗糙齿面，分形，接触，微凸体iiAbstractGeartransmissionhastheadvantagesofhighefficiency,compactstructure,longse

6、rvicelife,etc.Itiswidelyusedinconstructionmachinery,shipsandaircraft.Theperiodicalvariationofmeshingstiffnessofthegearpairisoneoftheimportantinternalstimuliforthevibrationofthegearsystem.Accurategearmeshingstiffnesscalculationmethodcanobtainmorereasonableresults,andcanprov

7、ideabasisforcomprehensivelyevaluatingthecharacteristicsofthetransmissionsystemanddesigningvibrationreductionandnoisereduction..Thecalculationofgearmeshingstiffnessgenerallyconsidersthetoothsurfaceasanidealsmoothsurface,andthereisacertaingapfromtherealroughtoothsurface.Cons

8、ideringtheeffectofroughnesshasimportantimplicationsforimprovingtheaccuracyofthegearmeshin