§3.4.6齒輪聯(lián)軸器剛度
多齒輪聯(lián)軸器由于其齒接觸的特點,不象外齒輪那樣具有一條嚙合線,而且嚙合線的方向不同,所以在處理齒輪聯(lián)軸器的模型時,需要選擇一個固定參考坐標(biāo)系,根據(jù)其內(nèi)外齒的接觸狀態(tài),將整個圓周上的所有齒對有效嚙合剛度(即該齒對接觸部分的嚙合剛度)折合到參考坐標(biāo)系中。因此齒輪聯(lián)軸器剛度模化的實質(zhì)是一種折合剛度。這種折合剛度的大小與齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒輪原始相對位移(靜態(tài)位置)有很大關(guān)系,因為在一同內(nèi)外齒輪相對位移,齒輪聯(lián)軸器承載的齒數(shù)及接觸位置將發(fā)生變化,齒對嚙合剛度和在整個圓周的分布位置也將發(fā)生變化,從而影響折合剛度大小。因此我們在處理齒輪聯(lián)軸器模型時引入靜態(tài)平衡位置的概念,在靜平衡位置ξ0,η0,0,ψ0,θ0處對其剛度進(jìn)行線性化處理。
由此可以得到齒輪聯(lián)軸器25個無量綱剛度系數(shù),寫成矩陣形式為:
[]5×5-其中L,H=ξ,η,,ψ,θ
在計算的過程中都是在一定的工況下進(jìn)行的,即齒輪聯(lián)軸器所傳遞的扭矩已知為T,在此工況下如果因某種原因使內(nèi)外齒輪產(chǎn)生相對位移(ξ0,η0,0,ψ0,θ0)時,附加給齒輪聯(lián)軸器的力為Pξ,Pη,P,Pψ,θ0。因為θ0不能用顯式表示出來,所以計算時要通過迭代來示到,具體過程如下:
已知在某一個條件下產(chǎn)生位移ξ0,η0,0,ψ0,假設(shè)使聯(lián)軸器產(chǎn)生的相對扭轉(zhuǎn)角位移θ0,根據(jù)式3.23計算T,計算的T與給定的工況即聯(lián)軸器傳遞的扭矩T相比較,當(dāng)差值達(dá)到精度要求時,求出此時內(nèi)外齒的靜態(tài)力,反過來也就是在Pξ,Pη,P,Pψ,T的工況作用下聯(lián)軸器的靜態(tài)位置為(ξ0,η0,0,ψ0,θ0)。如果沒有達(dá)到精度則修改θ0值重復(fù)以上計算。得到靜平衡位置后再利用式3.24求得25個剛度系數(shù)。
§3.5 考慮磨擦力齒輪聯(lián)軸器附加力和力矩
§3.5.1 基本假設(shè)
1)設(shè)磨擦力為庫侖磨擦力,磨擦力的大小與壓力成正比,方向與相對速度方向相反。
2)設(shè)內(nèi)外齒間相對分割微元之間的磨擦系數(shù)相等,設(shè)為μ。
3)相對速度發(fā)生在齒長方向。
§3.5.2 分度圓上內(nèi)外齒相對速度:
圖3.10是,齒輪聯(lián)軸器第i個齒對的模型,設(shè)內(nèi)齒套中心為oa1,相對定坐標(biāo)為o-xyz的速度為:
3.25
相對坐標(biāo)系oaξ1η1ζ1在oa點與聯(lián)軸器固接,坐標(biāo)系oaξ1η1ζ1以角速度繞平移坐標(biāo)系oa-x1y1z1旋轉(zhuǎn),則位于相對坐標(biāo)系任一點P(ξ1η1ζ1)處的絕對速度為:
如P為嚙合點,則在該嚙合點上,P’點相對于P點的運動速度為:
又軸向竄動=0,=0外齒套相對內(nèi)齒圈的徑向和軸向滑動速度為。
xp1,yp1為x1y1z1坐標(biāo)系中的局部坐標(biāo),因此只要1,2的角位移振動不相等,則總存在有軸向與徑向滑動,從而引起磨擦力和相應(yīng)的力矩,如果把齒面間的磨擦看成是庫侖磨擦,則第j 分割微元第I個齒分度圓上的相對速度,在固接在第j微元第I個齒上的局部坐標(biāo)系oji-xjiyjizji上的投影為:
其中:xp1=RP·cos(θji-α) yp1= RP·sin(θji-α) zp1=zjiw
因為Vryji為齒面間的法向速度所以與磨擦力無關(guān)。
所以第j微元第I個齒對磨擦力的方向為:
§3.5.3 考慮磨擦力齒輪聯(lián)軸器附加力和力矩方程
由§3.4 分析得出齒面的壓力為:
則第j分割微元第I齒所受磨擦力和對于齒輪中心的磨擦力矩為:
把上式投影到o-xyz坐標(biāo)系并把所有齒和分割微元求和可以得到齒輪聯(lián)軸器內(nèi)外齒所受磨擦力和磨擦力矩:
上式即為磨擦力方程。
上式+式3.22即得到總平衡方程:
為了計算方便,我們對上式進(jìn)行無量綱化
從上面的方程可以看出考慮磨擦力時,如果內(nèi)外齒有徑向不對中則有可能產(chǎn)生軸向力。第二章接觸分析可知,這是因為有徑向不對中破壞了齒輪聯(lián)軸器接觸的對稱性。
§3.6 計算實例
§3.6.1 齒輪聯(lián)軸器參數(shù)
模數(shù):2.0mm,齒數(shù):20齒,內(nèi)外齒寬分別為:15mm,15mm,壓力角為:20度,鼓形量為:96mm,我們選擇三種工況(扭矩)進(jìn)行測試(T1=3.07Kg·m,T2=5.50 Kg·m,T3=8.50 Kg·m),取磨擦系數(shù)為μ=1.0,速度方向可以根據(jù)試驗具體情況來模擬。不失一般性我們設(shè)內(nèi)齒輪固定,外齒輪繞x軸的相對內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)角為變量。
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