面齿轮动态啮合性能及动力学模态分析研究.pdf

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1、分类号密级面齿轮动态啮合性能及动力学模态分析研究研究生姓名：冯仕伟指导教师姓名、职称：何国旗教授学科专业：机械工程研究方向：数字化制造及装备技术湖南工业大学二〇一八年六月八日摘要面齿轮传动是一种新型齿轮传动，由于其重合度高、承载能力好而被应用于航空航天领域。面齿轮在实际的传动过程中会受到摩擦、阻尼、不同工况等因素的影响，与其在空载理想的啮合传动状态会有一定的差别，而现阶段大多数研究都未考虑诸多外界因素。并且面齿轮动态啮合问题是一个很复杂的非线性动力学接触问题，故此，本文对面齿轮动态啮合性能及其固有特性做进一步的研究与探讨。主要研究内容如下：（1）模拟了面齿轮加工过程，基于该加工原理建立了刀具及

2、面齿轮齿面方程；并根据面齿轮和直齿圆柱齿轮的啮合关系，计算出了面齿轮的有效齿宽；通过MATLAB编程计算得到了面齿轮齿面的坐标点，并以此建立了面齿轮单齿模型；最后利用PRO/E建立了面齿轮和直齿圆柱齿轮啮合的三维实体模型。（2）基于动力学原理和有限元理论，利用ABAQUS有限元软件建立了面齿轮动态啮合有限元分析模型，得到了面齿轮在不同时刻时的受力云图，并且选取面齿轮轮齿齿顶、齿中、齿根三个部分进行了有限元分析，还分析了惯性载荷、阻尼、摩擦系数以及不同工况对面齿轮啮合性能的影响，并得到了相应的规律。（3）对面齿轮模型进行了模态分析，得到了面齿轮在静止状态下的前十阶的固有频率、振型以及最大变形量。

3、研究了面齿轮压力角以及孔径对面齿轮各阶固有频率和最大变形量的影响，并得到了相应的规律。关键词：面齿轮传动，有限元分析，啮合性能，模态分析IABSTRACTTheFace-geardriveisanewtypeofgeartransmission,whichisappliedtotheaerospacefieldduetoitshighcoincidencedegreeandgoodcarryingcapacity.Face-gearintheactualtransmissionprocesswillbeaffectedbyfriction,damping,differentworkingcon

4、ditionsandotherfactors,anditwillbedifferentfromtheidealmeshingtransmissionstateinthenoload.Atthepresentstage,mostofthestudieshavenotconsideredmanyexternalfactors.Moreover,thedynamicmeshingproblemofFace-gearisacomplexnonlineardynamiccontactproblem.Therefore,thisarticleacrosstheFace-geardynamicmeshing

5、propertiesandinherentcharacteristicstodofurtherresearchanddiscussion.Themainresearchcontentsareasfollows:(1)Themachiningprocessoffacegearissimulated.Basedonthemachiningprinciple,theequationofthecutterandFace-geartoothsurfaceisestablished.AccordingtothemeshingrelationshipbetweentheFace-gearandthestra

6、ight-toothedcylindricalgear,theeffectivetoothwidthoftheFace-geariscalculated.ThecoordinatepointoftheFace-geartoothsurfaceisobtainedbyMATLABprogramming,andthesingletoothmodeloftheFace-gearisestablished.Finally,the3DsolidmodelofthemeshingofFace-gearandstraight-toothedcylindricalgearisestablishedbyusin

7、gPRO/E.(2)Basedonthedynamicsprincipleandthefiniteelementtheory,thefiniteelementanalysismodelofthedynamicmeshingofFace-gearisestablishedbyusingtheABAQUSfiniteelementsoftware,theforcecloudpictureoftheFa