主減速器錐齒輪是汽車機械傳動系統(tǒng)的重要組成部分,其傳動質(zhì)量及可靠性直接影響整車質(zhì)量。目前,我國商用重型載貨汽車主減速器錐齒輪,在惡劣工況下的傳動齒輪副存在使用壽命短、不能滿足使用要求的問題。本文基于FSH錐齒輪(分階式雙圓弧弧齒錐齒輪)的接觸強度高于現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的弧齒錐齒輪,提出將其應(yīng)用于我國商用重型載貨汽車驅(qū)動橋以解決目前壽命短的問題。 FSH錐齒輪是將圓弧齒廓應(yīng)用于弧齒錐齒輪的一種新型傳動形式,其承載能力與嚙合特性緊密相關(guān),接觸點初始位置的確定以及之后由點接觸向區(qū)域接觸的發(fā)展是影響承載能力的關(guān)鍵,機床調(diào)整參數(shù)實現(xiàn)對初始接觸點的控制,齒形設(shè)計與跑合決定了齒面接觸由點到面的發(fā)展,本文的研究目的是通過對虛擬制造核心技術(shù)LTCA(齒面承載接觸分析)開展研究,實現(xiàn)合理機床調(diào)整參數(shù)快速獲取,探索針對FSH錐齒輪的跑合方法。 論文圍繞FSH錐齒輪嚙合特性開展相關(guān)工作,在虛擬設(shè)計制造系統(tǒng)、跑合、動態(tài)特性等方面進行研究,論文的主要內(nèi)容及結(jié)論如下： (1)應(yīng)用微分幾何與齒輪嚙合原理等理論,針對FSH錐齒輪齒形參數(shù)靈活設(shè)計的特點,提出基于跑合特性的齒形參數(shù)設(shè)計方法,從理論上推導(dǎo)了FSH錐齒輪的圓弧齒廓合理曲率半徑計算公式,根據(jù)FSH錐齒輪的圓弧齒廓特點提出合理曲率半徑的確定方法。 (2)根據(jù)FSH錐齒輪加工原理,推導(dǎo)大、小輪的嚙合方程和齒面方程；并對適合分析跑合的嚙合方程進行推導(dǎo),分析其誘導(dǎo)法曲率和嚙合過程,確立了跑合速率與齒面磨損率的數(shù)學關(guān)系。 (3)以空間嚙合原理和TCA分析(輪齒接觸分析)為基礎(chǔ),對FSH錐齒輪進行LTCA分析(加載輪齒接觸分析)；根據(jù)TCA原理和LTCA原理,分析FSH錐齒輪的嚙合特性,明確了影響齒面接觸區(qū)的具體因素,完善了FSH錐齒輪的虛擬仿真加工方法,提出了考慮齒面加工特征的齒面接觸應(yīng)力有限元計算方法,完成了FSH錐齒輪的LTCA(加載輪齒接觸分析)。 (4)進行FSH錐齒輪的跑合理論研究,對影響跑合的因素進行分析,建立FSH錐齒輪跑合數(shù)學模型,探索針對FSH錐齒輪的跑合方法,提出了SLH(乏油、低速、重載)跑合方法。 (5)設(shè)計了錐齒輪動態(tài)特性測試實驗臺,對FSH錐齒輪與Gleason弧齒錐齒輪的動態(tài)特性進行測試,對比FSH錐齒輪跑合前后的振動與噪聲特征信號,并將FSH錐齒輪跑合后的噪聲振動信號與Gleason弧齒錐齒輪進行對比。 本文的研究得到了國家自然科學基金項目“超高速大能流密度非穩(wěn)態(tài)潤滑空間曲面嚙合特征實驗提取方法”(批準號：50875009)的資助。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH132.41
文章目錄
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 選題背景與意義
1.2 研究現(xiàn)狀綜述
1.2.1 FSH錐齒輪的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
1.2.2 錐齒輪虛擬制造系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
1.2.3 跑合理論的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
1.3 論文的研究內(nèi)容
第二章 FSH錐齒輪齒形參數(shù)及刀具設(shè)計
2.1 引言
2.2 圓弧齒廓合理曲率半徑
2.2.1 曲率半徑與平穩(wěn)傳動的關(guān)系
2.2.2 嚙合方程與Willis定理
2.2.3 近似傳動的Euler-Savary公式
2.2.4 合理曲率半徑的確定
2.2.5 嚙合點到嚙合節(jié)點的距離
2.3 點共軛齒面接觸區(qū)控制
2.4 相對法曲率和相對短程撓率
2.5 FSH錐齒輪齒形方案選擇
2.6 FSH錐齒輪刀具
2.6.1 刀齒設(shè)計
2.6.2 刀盤設(shè)計
2.7 小結(jié)
第三章 齒面方程與誘導(dǎo)法曲率
3.1 引言
3.2 雙圓弧齒廓基礎(chǔ)齒形及坐標表達
3.3 齒面方程
3.3.1 輔助公式
3.3.2 跑合齒面方程
3.4 齒面曲率
3.5 誘導(dǎo)法曲率
3.5.1 運動分析
3.5.2 相對滑動速度
3.6 小結(jié)
第四章 FSH錐齒輪的嚙合分析
4.1 引言
4.2 齒面接觸分析原理
4.3 齒面加載接觸分析
4.3.1 齒輪副在接觸點滿足的關(guān)系
4.3.2 初始接觸點的確定
4.3.3 初始點參數(shù)
4.3.4 齒面投影
4.3.5 接觸軌跡
4.3.6 瞬時接觸區(qū)的確定
4.3.7 齒間接觸跡間載荷分配
4.3.8 彈性接觸變形分析
4.3.9 傳動誤差曲線
4.3.10 重合度
4.4 FSH錐齒輪的齒面加載接觸分析
4.4.1 接觸分析流程
4.4.2 試驗齒輪基本參數(shù)
4.4.3 齒面接觸分析
4.4.4 FSH錐齒輪接觸區(qū)的影響因素
4.4.5 加載接觸分析
4.5 小結(jié)
第五章 FSH錐齒輪有限元接觸分析
5.1 引言
5.2 FSH錐齒輪的三維模型
5.2.1 銑齒機的加工原理及機床模型
5.2.2 銑刀盤模型的建立
5.2.3 齒坯模型的建立
5.2.4 齒輪模型仿真加工
5.3 FSH錐齒輪有限元分析
5.3.1 前處理
5.3.2 穩(wěn)態(tài)接觸應(yīng)力分析
5.3.3 動態(tài)接觸應(yīng)力分析
5.4 對比分析
5.5 小結(jié)
第六章 FSH錐齒輪的跑合研究
6.1 引言
6.2 圓弧齒廓齒輪的跑合理論
6.2.1 跑合過程中的油膜
6.2.2 跑合磨損機理
6.2.3 跑合性能
6.3 圓弧齒廓齒輪跑合的數(shù)學模型
6.3.1 齒面的相對滑動速度
6.3.2 齒面載荷分布
6.3.3 跑合數(shù)學模型
6.4 FSH錐齒輪的跑合方法研究
6.4.1 工作齒面形成過程
6.4.2 SLH跑合方法
6.4.3 跑合要求
6.5 潤滑狀態(tài)與安裝位置對跑合的影響
6.5.1 邊界潤滑與跑合
6.5.2 安裝位置與跑合
6.6 小結(jié)
第七章 FSH錐齒輪動態(tài)特性的試驗研究
7.1 引言
7.2 FSH錐齒輪動態(tài)特性測試
7.2.1 試驗?zāi)康?/div>
7.2.2 試驗對象
7.2.3 測試系統(tǒng)及測試方法
7.2.4 測點布置及信號采集
7.3 跑合前后振動測試結(jié)果分析
7.4 跑合前后噪聲測試結(jié)果分析
7.5 動態(tài)特性對比
7.6 小結(jié)
第八章 結(jié)論與展望
8.1 本論文完成的工作
8.2 論文主要創(chuàng)新點
8.3 不足與展望
參考文獻
致謝
攻讀博士期間發(fā)表學術(shù)論文目錄
【參考文獻】
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