《新型環面漸開線齒輪嚙合原理與承載特性研究》是依託南京航空航天大學，由劉雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型環面漸開線齒輪嚙合原理與承載特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉雷
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在齒輪傳動系統運行過程中，保持固定齒輪的兩軸始終平行是較難實現的，因為安裝誤差、工作負載變化等因素都會引起軸線間相對位移，但目前的平行軸線接觸齒輪都不具備補償軸線間位移的能力，需要通過修形改善其嚙合性能。.本項目提出了一種環面漸開線齒輪，該齒輪能夠補償軸線間的位移，無需修形就能獲得良好的嚙合特性，並具備較高承載能力。項目基於環面漸開線齒輪的加工原理，採用微分幾何的方法和齒面接觸分析技術，研究環面漸開線齒輪的嚙合理論，揭示其嚙合機理；搭建試驗測試平台，開展環面漸開線齒輪嚙合原理的試驗研究，驗證理論分析的結果；基於多體動力學和接觸力學的方法，建立考慮離散彈性輪齒接觸的環面漸開線齒輪系統剛彈耦合動力學模型，採取數值模擬和試驗驗證相結合的方法研究其承載特性，揭示齒面接觸應力、齒根彎曲應力的動態變化規律。.本項目對克服現有平行軸線接觸齒輪傳動存在的對安裝誤差敏感等缺陷具有重要的現實意義和套用價值。
結題摘要
在平行軸齒輪傳動過程中，保持兩軸完全平行或同心是較難實現的，因為安裝誤差、工作負載變化等因素都會使軸線間產生相對位移。齒形是決定齒輪傳動性能的關鍵因素，因此，構造對安裝誤差不敏感，具備良好嚙合性能和較高承載能力的新齒形具有重要的現實意義。本項目提出了一種環面漸開線齒輪，該齒輪能夠補償軸線間的位移，無需修形就能獲得良好的嚙合特性，並具備較高承載能力。項目開展了以下三個方面的研究： （1）環面漸開線齒輪嚙合原理研究。根據齒輪的加工原理，推導了環面漸開線齒輪的完整齒面方程，通過數值模擬構建了精確齒面；基於齒面數學模型，對環面漸開線齒輪的根切與尖化現象進行分析，獲得了根切界限曲線，尖化初始點以及不發生根切與尖化現象的最大齒寬；採用輪齒接觸分析技術和微分幾何方法，對理想安裝以及存在安裝誤差的齒面接觸情況進行研究，獲得了齒面接觸跡線、傳動誤差和接觸橢圓，證明了其優點：具有傳動可分性，傳動精度高，對安裝誤差不敏感。 （2）基於多體動力學的環面漸開線齒輪承載特性分析。通過將齒輪系統分解為齒輪本體和沿圓周方向轉動的輪齒，並以轉動彈簧—阻尼器相連，建立齒輪多體模型；通過輪齒變形分析計算時變轉動彈簧剛度；編制輪齒法向接觸力和摩擦力計運算元程式，實現了直接考慮油膜厚度和輪齒變形影響的環面漸開線齒輪多體動力學模型的創建與求解，計算結果表明：該模型求解效率高，能夠滿足工程套用要求，該齒輪可實現高精度連續傳動；搭建測試裝置，間接驗證了模型的準確性。 （3）環面漸開線齒輪傳動應力研究。採用微分幾何方法，計算齒面幾何特徵參數，運用赫茲接觸理論計算接觸點最大接觸應力；基於齒形係數及應力修正係數的分析，計算環面漸開線齒輪彎曲應力；進行多齒載入動態有限元分析，計算傳動重合度，揭示了齒面應力的動態變化規律；測試了不同載荷作用下輪齒靜態彎曲應力，與理論計算結果及有限元分析結果比較，表明最大接觸應力和彎曲應力的解析方法是可行的。 對環面漸開線齒輪嚙合原理和承載特性的研究，為環面漸開線齒輪的推廣與套用奠定了理論基礎，對克服現有線接觸平行軸齒輪傳動普遍存在的對安裝誤差敏感等缺陷具有現實意義和套用價值。
