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硬齿面双圆弧齿轮齿根的弯曲强度研究

作者：翟红升 Publish: 2005-9-28 Hits:-

【中文题名】

硬齿面双圆弧齿轮齿根的弯曲强度研究

【英文题名】

Study on the Bending Strength of Case-hardened Double-circular-arc Gear

【学科专业】

工程力学

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2005-9-28

【中关键词】

双圆弧齿轮,有限单元法,弯曲强度,硬齿面,疲劳极限,

【英关键词】

Double-circular-arc gear,Finite element method,Bending strength,Case-hardened,Fatigue limit,

【分类导航】

工业技术>机械、仪表工业>机械零件及传动装置>机械传动机构>啮合传动>齿轮及齿轮传动

【论文摘要】

随着生产的发展,渗碳淬火硬齿面双圆弧齿轮在低速重载传动领域应用逐渐增多。然而,我国对硬齿面双圆弧齿轮传动承载能力及可靠性的研究尚属起步。在负载运转中,双圆弧齿轮的载荷集中于齿宽上较窄一段的接触迹上,齿根应力较大,当轮齿的循环弯曲应力超过材料的疲劳极限时,将引起疲劳裂纹不断扩展而导致轮齿折断。齿面变硬后,齿轮的抗点蚀能力及抗胶合能力有明显提高,使得轮齿的弯曲疲劳断裂成为主要失效形式。因此,进一步提高硬齿面双圆弧齿轮承载能力的关键是提高其弯曲强度,探索新型轮齿齿形就成为必然的选择,如郑州机械研究所提出的ZY-1型齿形。为了研究硬齿面双圆弧齿轮的抗弯能力,利用紫瑞CAE2.0软件对在SolidWorks软件中生成的ZY-1型三维轮齿模型进行有限元分析并与91型进行了对比。对于91型硬齿面双圆弧齿轮用电测法测定了轮齿在载荷作用下齿根处的应力。还对91型20CrMnMo和20CrNi2Mo渗碳齿轮齿根弯曲疲劳强度进行试验研究,求得可靠度R=50%和R=99%时的弯曲疲劳极限应力及R-S-N曲线。试验结果既可作为设计和使用的参考,又作为改善其性能的依据。本文的主要工作和结论如下: (1) 由设计...

【论文题纲】

第一章绪论	14-23
1.1 硬齿面双圆弧齿轮的发展概述	14-16
1.1.1 圆弧齿轮在我国的发展与应用	14-15
1.1.2 硬齿面双圆弧齿轮的发展	15-16
1.2 硬齿面双圆弧齿轮弯曲强度的研究现状	16-19
1.2.1 双圆弧齿轮的强度概述	16
1.2.2 双圆弧齿轮弯曲强度的研究现状	16-19
1.3 弯曲承载能力研究的背景和意义	19-21
1.4 论文的主要研究内容	21-23
第二章双圆弧齿轮的传动分析及齿形设计	23-34
2.1 双圆弧齿轮传动的基本理论	23-25
2.1.1 双圆弧齿轮传动的原理	23-24
2.1.2 双圆弧齿轮的啮合特性	24-25
2.2 双圆弧齿轮传动的齿面分析	25-28
2.2.1 双圆弧齿轮的齿面方程	25-26
2.2.2 双圆弧齿轮的端面齿廓方程	26-27
2.2.3 齿面上任一点的法向矢量	27-28
2.3 双圆弧齿轮齿形设计参数的选择	28-33
2.3.1 双圆弧齿轮的齿形设计概述	28-31
2.3.2 ZY-1型硬齿面双圆弧齿轮的齿形设计	31-33
2.4 本章小结	33-34
第三章硬齿面双圆弧齿轮的有限元分析	34-52
3.1 双圆弧齿轮有限元分析模型的建立	34-39
3.1.1 双圆弧齿轮端面齿廓的生成	34-37
3.1.2 双圆弧轮齿三维模型的生成	37-39
3.2 有限元分析的过程	39-48
3.2.1 有限元方法基本原理	39-40
3.2.2 紫瑞CAE2.0 For SolidWorks简介	40-41
3.2.3 有限元模型分析	41-43
3.2.3.1 有限元分析模型的建立	41-42
3.2.3.2 边界约束条件和载荷的处理	42
3.2.3.3 有限元网格的生成	42-43
3.2.4 有限元计算结果初步分析	43-48
3.2.4.1 模型沿径向距齿根距离取值的确定	43-44
3.2.4.2 模型上施加载荷位置的影响	44-46
3.2.4.3 模型网格剖分尺寸的确定	46
3.2.4.4 轮齿分析模型齿数的确定	46-47
3.2.4.5 模型分析时其它因素的影响	47-48
3.3 ZY-1型齿形的承载性能及与91型齿形弯曲强度的对比	48-51
3.3.1 齿根应力与法向模数的关系	49-50
3.3.2 齿根应力与螺旋角的关系	50
3.3.3 齿根应力与齿数的关系	50-51
3.4 本章小结	51-52
第四章硬齿面双圆弧齿轮两种材料时的弯曲疲劳极限	52-80
4.1 弯曲疲劳试验介绍	52-56
4.1.1 弯曲疲劳试验概述	52-53
4.1.2 两种材料时齿轮的弯曲疲劳试验	53-56
4.1.2.1 弯曲疲劳试验的试验方法	53-55
4.1.2.2 试验前的准备、试验目的及失效判据	55
4.1.2.3 脉动疲劳试验机、试验齿轮参数及试验用夹具	55-56
4.2 弯曲疲劳试验所得数据的处理	56-61
4.2.1 数据处理的基本假定和方法	56-58
4.2.2 材料20CrMnMo的数据处理结果	58-60
4.2.3 材料20CrNi2Mo的数据处理结果	60-61
4.3 弯曲疲劳试验齿轮的应力测量	61-69
4.3.1 应力电测技术介绍	61-64
4.3.2 应力测试方案的确定	64-69
4.3.2.1 测点位置和测点数目的确定	64
4.3.2.2 应变计的选取	64-65
4.3.2.3 电测应力的应变仪	65
4.3.2.4 测试结果的初步处理	65-69
4.4 试验齿轮的有限元分析	69-73
4.4.1 试验齿轮有限元模型的建立	69-70
4.4.2 试验齿轮有限元计算结果处理	70-72
4.4.3 有限元计算与电测结果的对比	72-73
4.5 两种材料时齿轮的弯曲疲劳极限及R-S-N曲线	73-79
4.5.1 材料为20CrMnMo时齿轮的弯曲疲劳极限及R-S-N曲线	73-76
4.5.2 材料为20CrNi2Mo时齿轮的弯曲疲劳极限及R-S-N曲线	76-78
4.5.3 使用上述弯曲疲劳极限的意见	78-79
4.6 本章小结	79-80
第五章结论与展望	80-82
参考文献	82-87
附录	87-91
致谢	91

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.92122



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