一对单点线啮合齿轮(a=390mm)啮合过程弯曲应力仿真研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景及意义

齿轮机构是一种历史悠久的传动机构,它的主要作用是用于传递空间任意两轴之间的运动和动力,以其稳定的工作状态、可靠的工作性能等优点被广泛地应用在现代的各种机械动力系统中,它具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、效率高、寿命长、功率和速度范围大等优点,并且便于加工制造,经过设计后能很好地满足各类需求,大至航空、航天、航海,中至汽车、自行车健身器材,甚至微型机器人的手臂里都可以见到它的身影。因此,齿轮是否具有优秀的性能是决定了各种设备的使用寿命,可靠性和安全性等等。在《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》[1]中将齿轮等基础件列为第26优先主题;国务院《装备及制造业调整和振兴规划》不但把汽车变速器列为九大产业的重点项目,而且明确要求要提升高精度齿轮传动装置等基础部件的制造水平。因此,在提高齿轮强度以及可靠性方面的相关理论以及技术方面的研究就显得极为迫切和需要。

齿轮机构的类型多种多样,根据不同的分类方法可将齿轮进行一定的分类:按照一对齿轮传动的角速比是否恒定可将其分为圆形齿轮机构和非圆齿轮机构两大类。其中非圆齿轮机构因其角速比在不断变化,仅用于一些具有特殊要求的机械当中。由于圆形齿轮的传动角速比恒定不变,即主、从动轮按一定的角速比作等速转动,传动平稳,广泛的应用于现代的工业系统当中。

在现有的工业系统当中,应用上最为广泛的当属渐开线齿轮,其具有良好的传动性能以及优秀的承载能力。但也存在着诸多缺点:啮合传动受制造、安装误差以及变形等因素的影响易产生齿端偏载和边缘接触,增大振动与噪音,缩短寿命;两齿面间易产生相对滑动速度,会加速齿面的磨损,降低齿面的抗胶合能力,严重影响了运转稳定性、工作效率和使用的耐久性。除渐开线齿轮外,圆弧齿轮由于具有对制造误差不敏感、磨损小、效率高以及跑合性能好等有点也获得了较为广泛的应用,但由于其易受中心距和切齿深度的影响导致承载能力的下降以及弯曲强度不够理想和刀具繁琐等缺点,目前不能完全取代渐开线齿轮[2-5]。由于则会两种运用较为广泛的齿轮都具有或多或少的缺点,因此国内外的研究学者们对新型齿轮的研究也从未中断过,并相继提出了抛物线齿轮、曲线齿轮、Logix齿轮等新型齿轮,但由于一些实际应用的问题,这些齿轮依旧运用较少。

上世纪90年代开始,在考虑渐开线齿轮和圆弧齿轮各自特点的基础上,厉海祥教授开始研究了一种新型的齿轮啮合传动形式,其既具有线啮合传动性质又具有点啮合传动性质,被称为点线啮合齿轮。它兼具两种齿轮的优点,能在保证齿轮制造加工便利性的同时提高齿轮传动承载能力以及传动平稳可靠性[5]。因此点线啮合齿轮具有以下独特优势[6]:(1)点线啮合齿轮可以用普通渐开线齿轮加工方法进行加工,加工制造便利;2)与渐开线齿轮一样具有可分性;3)凹凸齿廓贴合度较高,怠速运转摩擦小,具有较好的磨合性能;(4)具有较高的承载能力;(5)噪声低,传动平稳;(6)具有较高的传动效率,双级减速器的效率高,最高可达 97%,而齿轮副可以超过 98%。本论文对一对点线啮合齿轮的啮合过程进行弯曲应力的仿真研究,能很好地探索点线啮合齿轮在实际传动过程中的使用情况,具有一定的参考价值和实际意义。

1.2 课题国内外研究现状

1.2.1点线啮合齿轮的研究现状及发展趋势

在现代的工业机械当中,传统渐开线齿轮依旧具有这不可替代的作用。但由于其本身的特性,也具有一些需要克服的困难和需要改进的地方。点线啮合齿轮作为一种新型齿轮,在设计伊始就是为了改进传统齿轮的一些缺点,有机的发挥了其他齿轮的优点,因此在国内已经广泛应用于运输、机械等诸多行业的减速器中。但由于该齿轮尚处于新生时期,仍有许许多多的方面需要研究人员的不懈努力,推动其向更好的方向发展。

在此之前,由于该齿轮良好的特性,已经有较多的研究人员对点线啮合齿轮进行了详尽的研究,具体成果如下:

(1) 详细论述了点线啮合齿轮传动的齿轮齿廓特点, 3 种分类形式,啮合特性,优点、应用及发展情况,有效综合了渐开线齿轮和圆弧齿轮的多种优点,现已大量的应用于许多行业的减速器中,经过多年的使用,运行情况良好,可靠性较强[7]

(2) 参照渐开线圆柱齿轮接触静强度计算方法,提出点线啮合齿轮接触静强度计算方法。在接触静强度最大接触应力计算中,提出两种情况下的计算方法。

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