摘 要

非圆齿轮的应用能明显的改善分割器的运动条件，且能大大提高机构的性能。本毕业设计以非圆外齿轮分割器为研究对象，系统的对结构进行合理设计，对主要的传动部件进行强度和寿命的理论校核。并基于Catia平台，参数化建出传动系模型。在Adams软件中对传动系进行模拟、仿真，揭示分割器运动规律；最后基于Ansys Workbench平台，用有限元分析法来仿真齿轮的瞬态动力学，分析齿轮在啮合时的接触应力。

通过分析非圆齿轮分割器传动系统的运动学及动力学，不仅验证了分割器传动的结构可靠性、传动合理性，还给分割器及非圆齿轮的优化设计、加工制造提供参考依据。

关键词：非圆齿轮；结构设计；运动仿真；动力分析；Adams ; Ansys Workbench

Abstract

The application of non-circular gears can significantly improve the movement conditions of the divider and greatly improve the performance of the mechanism. The graduation design is designed for non - circular gear splitter, and the structure is designed rationally. The strength and life of the main transmission parts are checked and the drive system model is established based on Catia platform. Finally, based on the Ansys Workbench platform, the finite element analysis method is used to simulate the transient dynamics of the gears, and the contact stress of the gears is analyzed. The contact motion of the gears is analyzed by the finite element method.

By analyzing the kinematics and dynamics of the non - circular gear divider transmission system, not only the structural reliability of the splitter transmission, the rationality of the transmission, the optimization design and the manufacturing of the non - circular gear are given.

Key words: non-circular gear; structural design; motion simulation; dynamic analysis; Adams; Ansys Workbench

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 2

1.3文章结构及主要内容 2

第2章 总体设计方案 3

2.1传动方案设计 3

2.2选择电动机 3

2.3计算总传动比和分配传动比 4

2.4传动装置的运动和动力参数计算 5

第3章 传动轮系的设计及校核 7

3.1涡轮蜗杆的设计 7

3.1.1 蜗轮蜗杆的失效分析及材料选择 7

3.1.2 确定载荷系数和许用应力 7

3.1.3 蜗杆传动的主要参数设计 8

3.1.4 蜗杆的刚度校核 10

3.1.5 蜗杆传动的效率 12

3.1.6 蜗杆传动的润滑及热平衡计算 13

3.2 非圆齿轮的选择和校核 14

3.2.1 非圆齿轮的选择 14

3.2.2 非圆齿轮的强度校核 16

3.3 圆柱齿轮的设计 18

3.3.1 材料选择及许用应力的计算 18

3.3.2 齿轮传动的载荷系数 19

3.3.3 齿轮传动的主要参数设计 21

3.3.4 齿轮传动的强度校核 23

第4章 分割器传动件的选择及校核 24

4.1 蜗杆轴的设计计算 24

4.1.1 蜗杆轴的结构设计 24

4.1.2 蜗杆轴的强度计算 25

4.1.3 蜗杆轴的强度校核 28

4.2 行星轮轴的设计计算 29

4.2.1 行星轮轴的结构设计 29

4.2.2 行星轮轴的强度计算 30

4.2.3 行星轮轴的强度校核 33

4.3 输出轴的设计计算 33

4.3.1 输出轴的结构设计 33

4.3.2 输出轴的强度计算 34

4.3.3 输出轴的强度校核 37

4.4滚动轴承的选择和寿命校核 37

4.4.1 滚动轴承的选择 37

4.4.2 滚动轴承的寿命校核 38

4.5键的选择和寿命校核 37

第5章 基于Adams的运动仿真 44

5.1 Catia模型的简化与导入 44

5.2 添加运动副 44

5.3 施加驱动 44

5.4 虚拟仿真 45

5.5 结果分析 46

第6章 基于Ansys Workbench 的瞬间动力学分析 47

6.1定义材料 47

6.2导入模型 47

6.3创建接触对 47

6.4划分网格 47

6.5添加约束或载荷 48

6.6计算结果 49

6.6.1圆柱齿轮的计算结果 49

6.6.2非圆齿轮的计算结果 50

6.7结果分析 50

第7章 总结与展望 51

参考文献 52

致谢 54

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

非圆齿轮，即分度曲面不是旋转曲面的齿轮，它能在啮合过程中能实现变传动比传动，可以通过控制两轮节线半径变化规律或两节线形状来控制传动比的变化规律。对比一些用于实现非线性关系传动的机构,非圆齿轮机构具有传动平稳、可靠, 结构比较紧凑,动平衡容易产生等特点^[1-4]。因此，近年来非圆齿轮在机械中得到日益广泛的应用。

非圆齿轮传动时，传动比是一变函数，轮齿之间的压力也为交变载荷，齿轮极易发生疲劳失效，因此必须对轮齿进行静力及动力分析。在齿轮强度校核中，通常采用材料力学的方法把齿轮看作悬臂梁，人工进行设计和齿轮强度校核^[5,6]。然而齿轮有着复杂的受力情况和结构形状，人工校核时又引入了许多参考系数，产生较大误差，使齿轮整体的应力情况和变形的情况变得难以显现。目前，针对于齿轮强度的校核计算，国际上比较普遍接受的做法是有限元法。接触应力问题和变形的边界条件是该方法比较擅长的领域。Ansys Workbench是Ansys的新的求解平台，在对齿轮进行瞬间动力分析计算时，能最大限度的模拟出齿轮的真实啮合过程^[6,8]。与传统方法相比较，ansys workbench能更准确的显现出齿轮啮合时的真实力场。

此外非圆齿轮的传动容易出现失真，传动角速度会发生跃变。不平稳的传动将引起更多的振动，产生的交变载荷将会使分割传动件更容易疲劳损坏。因此对分割器的传动系进行运动仿真是有意义也是有必要的。Adams仿真环境可靠，相关的库也比较完备，其求解器利用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程法，模拟机械系统^[6,8]。建立并且仿真虚拟样机可真实的揭示其运动规律。