3K型变齿厚行星齿轮传动装置的研究

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行星齿轮传动减速器因其具有传动比大、结构紧凑、制造简单、传动平稳等诸多优点,被广泛应用于航天、医疗器械、机器人、汽车变速箱等高精尖领域。3K型行星齿轮传动装置以其独特的结构方式及大传动比成为重要的研究领域。由于齿轮长时间的啮合传动,齿面磨损严重,使得齿轮的齿侧间隙增大,造成回差、振动和噪声增大等问题。为了解决此类问题,采用变齿厚齿轮啮合副来取代普通渐开线齿轮啮合副。变齿厚齿轮传动可通过改变齿轮的轴向距离来实现消除齿侧间隙的目的,还可以保持中心距不变。变齿厚齿轮传动特别适用于对回差和震颤要求严格的高精密传动装置中,具有很高的应用价值和很好的发展前景。  本文尝试将变齿厚齿轮与3K-Ⅰ型行星齿轮传动进行结合,提出了一种可以通过齿轮轴向移动来调整齿侧间隙的新型3K-Ⅰ型变齿厚行星齿轮传动装置,并对该新型装置的加工原理、效率、静应力和模态等几个方面进行了分析。  论文根据轮齿的啮合原理,从加工角度出发,结合刀具和轮胚的位置关系,确定变齿厚齿轮的加工成型原理。依据变齿厚齿轮的几何特征,利用坐标变化法对变齿厚齿轮的几何参数计算公式进行推导。  按照齿轮传动的设计要求和给定的传动比,对新型传动装置进行配齿计算,对各轮齿的齿数进行合理分配。然后采用单元分析法推导出该装置的传动效率表达式。选择重合度、变位系数、啮合角和锥角等几何参数为研究对象,利用MATLAB软件分析几何参数对效率的影响,获得一组最优的齿轮几何参数。  根据优化得出的轮齿几何参数,利用SolidWorks软件对装置中的各个齿轮进行三维实体建模和齿轮装配,然后将三维模型导入ANSYS Workbench软件进行有限元分析。首先对新型传动装置在施加载荷作用下的齿轮应力分布情况、齿根弯曲应力、齿面接触应力等进行了分析,判断变齿厚齿轮是否满足应力要求。其次,对单齿轮及两级行星齿轮传动进行了动力学模态分析,得出单齿轮及两级行星齿轮传动的固有频率和振型,并将得到的固有频率与装置的激励频率进行比较,判断其装置是否会发生共振。
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