非对称渐开线行星齿轮传动强度研究

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1、非对称渐开线行星齿轮传动强度研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：文威指导教师：秦大同教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年五月StudyonStrengthofAsymmetricInvolutePlanetaryGearTransmissionsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByWenWeiSup

2、ervisedbyProf.QinDatongSpecialty:MechanicalDesignandTheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要随着科技的快速发展，人们对高性能行星齿轮传动的需求也日益增长，因此研究一种高承载能力、高功率密度的行星齿轮传动变得十分紧迫。在普通行星齿轮传动中，内啮合侧的强度通常比较富裕，而外啮合侧的强度则相对不足，是整个行星传动的强度薄弱环节。研究表明增大

3、压力角能有效提高渐开线齿轮的承载能力，这样只须在行星齿轮传动的外啮合侧使用较大的压力角以较大幅度的提高外啮合强度，而在内啮合侧使用较小的压力角以保持或小幅提高内啮合强度，使得内、外啮合强度更加均衡，就能有效的提高行星齿轮传动的承载能力。因此，本文研究了一种强度更高且更均衡的非对称渐开线行星齿轮传动。考虑到加工制造的便利性，本文采用传统齿轮设计法设计非对称齿轮，围绕着如何提高非对称行星齿轮传动的强度，进行了比较系统的研究，研究工作的主要内容如下：建立了非对称齿轮的单圆弧刀具和双圆弧刀具模型。根据齿轮几何学及刀具加工原

4、理，推导了非对称行星齿轮的全齿廓曲线的参数方程。给出了非对称齿轮的齿形参数计算公式并研究了非对称行星齿轮啮合传动满足的条件，为非对称行星齿轮传动的强度研究奠定了理论基础。分别采用基于平截面法及赫兹接触公式法的解析法和基于混合精确建模的ABAQUS加载接触有限元法计算了不同压力角组合下非对称齿轮的弯曲应力和接触应力。通过计算结果的对比分析，验证了提出的计算方法的有效性和准确性，表明非对称齿轮能有效降低齿根弯曲应力和齿面接触应力。采用传统齿轮设计法时，刀具对非对称齿轮的齿根弯曲强度起到决定性作用。为此，本文着重研究了

5、刀具类型及齿根高控制参数对非对称齿轮弯曲应力的影响，得到了更适合于非对称齿轮设计的刀具类型和齿根高参数选取方法，为非对称行星齿轮的强度优化提供了常用刀具的最优设计。提出了采用非对称齿轮，使得行星齿轮传动的内、外啮合侧强度更高且更均衡的设计思想。为此，以两侧齿廓压力角为设计变量，以安全系数的方差加权值最小为目标函数，建立了非对称行星齿轮传动的强度优化模型。为了提高优化结果的准确性，分析了压力角对行星齿轮传动应力的影响，确定了合理的优化设计初值。通过与普通20°压力角及25°大压力角对称行星齿轮传动对比，验证了本文提出

6、的非对称渐开线行星齿轮传动具有更高的强度和功率密度。关键词：非对称渐开线齿轮，刀具设计，啮合机理，应力分析，强度优化I英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,demandforhighperformanceplanetarygeartransmissionisalsogrowing.Thereforeitbecomesveryurgenttoresearchakindofplanetarygeartransmissionwithhigherb

7、earingcapacityandhigherpowerdensity.Inordinaryplanetarygeartransmission,thestrengthoftheinternalengagementsideisusuallysufficient,whilethatoftheexternalengagementsideisrelativelyinsufficient,whichmakestheexternalengagementsidebeingtheweaklinksoftheplanetarygear

8、transmission.Studieshaveshownthatincreasingthepressureanglecaneffectivelyimprovethebearingcapacityoftheinvolutegear.Thusitonlymakethestrengthofinternalandexternalengagements