[01459566]齿轮传动副的热-力耦合变形特性及结构修形研究

机械零部件加工、测量和使用中的热变形误差已成为机械行业提高精度和保证产品质量的关键技术难题和障碍。相关资料统计表明,在常用的仪器总误差中,由温度变化带来的热变形误差占总误差的40%,而在精密加工中,热变形误差已占到总误差的50～70%,而且随着精度的提高,其所占的比例也在增大。英国伯明翰大学的J.Peclenik、德国阿亨大学的H.Brauning、日本京都大学的垣野义昭、莫斯科自动化工程研究所的A.V.Push等先后统计调查了热变形误差对机械加工业的影响,他们普遍认为在目前的精密加工中,热变形误差已占到总误差的40％－70％[1-8]。可见,热变形的影响已是一个不争的事实。 现代机械传动中,齿轮机构是一种重要的传动形式,广泛用于精密机床、测量机及高精度测量仪器上,由于其恒功率传动的特点,具有其他传动不可代替的优势,其高质量、高性能研究是各国能源、交通、化工、冶金领域重大共性关键技术问题。随着齿轮传动向高速、重载方向发展,轮齿的热变形和机械变形也明显增加,其综合热弹性变形直接影响传动装置的工作性能和润滑状态,不可避免地出现啮入、啮出冲击,载荷突变,速度波动,从而降低齿轮的传动精度,缩短使用寿命,降低承载能力,增大振动噪声。这种传动失配是热源、各有关热物性参数、换热边界条件、接触力及弹性变形共同影响的结果。本题旨在对齿轮传动副温度场和应力场分析的基础上,考虑几何非线性,从精确的应力-位移关系式出发,运用热弹性理论和COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件,模拟其实际受温和受载状态,结合实验,得到其热-力耦合变形结果,运用回归分析等方法建立齿轮结构修形模型,使修形后的齿轮能满足实际使用性能要求,从根本上解决齿轮受温受载带来的一系列问题,为精密测试和高精度误差修正技术提供理论依据,对提高齿轮强度、确定其动态特性和减振降噪有重要的理论意义和应用价值。