平行軸錐形齒輪齒根應力特性之研究

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林育民(YU-MING LIN) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

平行軸錐形齒輪齒根應力特性之研究

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摘要(中)

錐形齒輪可以同時以平行軸、直交軸及交錯軸與其他不同齒輪組合，在空間機構上的組合應用擁有很多可能性，而平行軸錐形齒輪對因齒輪嚙合類似於傳統螺旋齒輪，除了螺旋齒輪的優點之外，更具有接觸率高、可軸向調整背隙、組裝敏感度低、加工容易等特性，為漸開線特殊齒輪聰應用最廣的一種。且由於擁有線接觸特性，可以藉由組裝上精準的調整背隙，因此無須要求精密的齒輪加工，相當合適於高精度的重負載傳遞。
對於錐形齒輪的承載能力的提昇及實務上的應用，齒根應力的分佈特性有極大相關。本研究係以平行軸錐形齒輪對為研究對象，利用傳統圓柱漸開線齒輪的嚙合及接觸分析為基礎，藉由作用域與接觸線的幾何關係求出齒輪對中單一輪齒之負載量，再透過有限元素法進行齒根應力分析，由齒廓及齒面寬兩方面的齒根應力特性進行探討。
經由齒根應力分布曲線的結果比較，對齒根應力最不利之負載位置提出合理的預測方式並說明刀具圓角、齒根圓角、齒厚、齒面寬位置、負載位置及齒形壓力角與接觸率等相關之齒輪幾何數值對齒根應力的影響效益，提供作為錐形齒輪設計上的參考。

關鍵字(中)

★ 平行軸
★ 有限元素法
★ 齒根應力特性
★ 錐形齒輪

關鍵字(英)

論文目次

摘要 I
誌謝 II
目錄 III
圖目錄 VII
表目錄 XIII
符號說明 XIV
第1章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 錐形齒輪之設計、加工 2
1.1.2 齒輪齒根承載能力 6
1.2 研究目的 7
1.3 研究方法 8
1.3.1 基本假設與模型 8
1.3.2 有限元素分析 9
第2章錐形齒輪簡介 11
2.1 錐形齒輪之形成、設計參數及定義 11
2.1.1 錐形齒輪的理論模型與形成方式 11
2.1.2 錐形齒輪設計參數 15
2.2 錐形齒輪的特色及優缺點 21
2.2.1 錐形齒輪的各種組合 21
2.2.2 錐形齒輪對的嚙合特性 25
2.2.3 錐形齒輪的優點 25
2.2.4 錐形齒輪的缺點 28
2.2.5 錐形齒輪的應用 29
2.3 平行軸錐形齒輪對的嚙合及相關定義 31
2.3.1 錐形齒輪對基本關係設計 32
2.3.2 平行軸錐形齒輪對的作用域 34
2.3.3 平行軸錐形齒輪對的接觸率 37
第3章有限元素分析程序 40
3.1 錐形齒輪分析之假設 40
3.2 邊界條件的設定 41
3.3 錐形齒輪實體模型的建構 42
3.3.1 三維點座標的產生 42
3.3.2 以PCL程式建立錐形齒輪實體模型 44
3.4 錐形齒輪實體模型的網格劃分 48
3.5 負載的施加 51
3.5.1 接觸線的位置 51
3.5.2 負載之分配值 53
3.5.3 負載分量的求法 54
3.6 螺旋齒輪有限元素分析之驗證 62
第4章直齒錐形齒輪之齒根應力分析 65
4.1 齒廓方向之齒根應力分佈 65
4.1.1 齒輪根部危險斷面 65
4.1.2 點負載分析 66
4.2 齒面寬方向之齒根應力分佈 72
4.2.1 作用面上的齒根應力分佈 72
4.2.2 最不利的負載作用位置 75
4.2.3 接觸率小於2時的最大齒根應力 77
4.2.4 接觸率大於2時的最大齒根應力 83
4.3 齒根應力分佈的特性 87
4.3.1 同一刀具圓角值，不同齒面寬的比較 88
4.3.2 同一齒面寬，不同刀具圓角值的比較 92
4.4 分析結果討論 92
第5章螺旋錐形齒輪之齒根應力分析 94
5.1 齒面寬方向之齒根應力分析 94
5.1.1 有限元素模型 94
5.1.2 接觸率小於2時的最大齒根應力 94
5.1.3 接觸率大於2時的最大齒根應力 102
5.2 齒根應力分佈的特性 111
5.2.1 同一刀具圓角值，不同齒面寬的比較 112
5.2.2 同一齒面寬，不同刀具圓角值的比較 116
5.3 直齒錐形齒輪與螺旋錐形齒輪的比較 119
5.4 分析結果討論 121
第6章結論與未來展望 123
6.1 結論 123
6.2 未來展望 124
參考文獻 126

參考文獻

1. Beam, A. S. “Beveloid Gearing”, Machine Design, pp.220-238, 1954.
2. Elkholy, A. H. : “Tooth Load Sharing in High Contact Ratio Spur Gears”, Transactions of ASME, vol.107, pp.11-16, 1985-3.
3. Kapelevich, A. : “Geometry and design of involute spur gears with asymmetric teeth”, Mechanism and Machine Theory, vol.35, p117-130, 2000.
4. Brauer, J. : “Analysis Geometry of Straight Conical Involute Gears”, Mechanism and Machine Theory, vol.37, pp.127-141, 2002.
5. Rama Mohana Rao, Ch. and Muthuveerappan, G. : “Finite Element Modelling and Stress Analysis of Helical Gear Teeth”, Computers and Structures, Vol. 49, No. 6, pp.1095-1106, 1993.
6. Deng, G. and Nakancishi, T. : “Enhancement of Bending Load Carrying Capacity of Gears Using an Asymmetric Involute Tooth”, The JSME International Conference on Motion and Power Transmissions, pp.513-517, 2001.
7. DIN 3960：Concepts and Parameters Associated with cylindrical gears and cylindrical gear pairs with involute teeth, 1980.
8. Fukunaga, K. : “A Stength Analysis of Spurs Gear Including Ratio of Contact (2nd Report, On The Root Stress)”, 日本機械學會論文集(Ｃ編), Vol.53, No.489, pp.1077-1082, 1987.
9. Merritt, H. E.：Gear Engineering, (In England), Pitman, 1971.
10. ISO6336-3: Calculation of load capacity of spur and helical gears-Part3 : Calculation of tooth bending strength, 1996-06
11. Looman, J. : Zahnradgetriebe Grundlagen, Konsruktionen, Anwendungen in Fahrzeugen.3 ed., Berlin, Springer, 1996.
12. Liu, C.-C. and Tsay, C.B. : “Contact Characteristics of Beveloid Gears”, Mechanism and Machine Theory, vol.37, pp.333-350, 2002.
13. Liu, C.-C. and Tsay, C.B. : “Mathematical modals and Contact Simulations of Concave Beveloid Gears”, Trans. of ASME, Journal of Mechanical Design, Vol.124, pp.753-760, 2002.
14. Litvin, F. L. : Gear Geometry and Applied Theory, PRT Prentice Hall, 1994.
15. Litvin, F. L., Lian, Q. and Kapelevich, A.L. : “Asymmetric modified spur gear drivers: reduction of noise, localization of contact, simulation of meshing and stress analysis”, Computer methods in applied mechanics and engineering, vol.188, pp.363-390, 2000.
16. Mitome, K. : ”Development and Applications of Conical Involute Gear”, The JSME International Conference on Motion and Power Transmissions, vol.II, pp.679-684, 2001-11.
17. Mitome, K. : “Conical Involute Gear（Part 1. Design ang Production System）”, Bulletin of the JSME, vol.26, No.212, pp.299-305, 1983.
18. Mitome, K. : “Conical Involute Gear（Part 2. Design ang Production System of Involute Pinion-type Cutter）”, Bulletin of the JSME, vol.26, No.212, pp.306-312, 1983.
19. Mitome, K. : “Conical Involute Gear（Part 3. Tooth Action of a Pair of Gear）”, Bulletin of the JSME, vol.28, No.245, pp.2757-2764, 1985.
20. Mitome, K. : “Table Sliding Taper Hobbing of Conical Gear Using Cylindrical Hob.Part1 : Theoretical Analysis of Table Sliding Taper Hobbing”, Transactions of the ASME, vol.103, pp.446-451, 1981.
21. Mitome, K. : “Inclining Work-Arbor Taper Hobbing of Conical gear Using Cylindrical Hob”, ASME Journal of Mechanical Design, vol.108, pp.135-141, 1986.
22. MSC : MSC/PATRAN Version 8, User’s Guide Volume 2, Part 3：Geometry Modeling, California, 1998-9.
23. MSC : MSC/PATRAN Version 8 User’s Guide Volume 2, Part 4：Finite Element Modeling, California, 1998-9.
24. MSC： MSC/PATRAN Version 8 User’s Guide Volume 4, Part 9：PCL and Customization, California, 1998-9.
25. Niemann, G. : “Machine Elements Design and Calculation in Mechanical Engineering Volume II Gear”, Springer, pp.26-28, 1978.
26. Oda, S, Shimatomi, Y and Kawai, N. : “Study on Bending Fatigue Strength of Helical Gears (2nd Report, Bending Fatigue Strength of Casehardened Helical gears)”, Bulletin of the JSME, vol. 23, No.177, pp.461-468, 1980.
27. Purkiss, S. C. : “Conical Involute Gears-part1”, Machinery, v.89, pp. 1413-1420, 1956.
28. Purkiss, S. C. : “Conical Involute Gears-part2”, Machinery, v.89, pp. 1465-1467, 1956.
29. Roth, K. : “Gear Engineering-Special Involute Gears”, (in Germany), Berlin, Springer, 1998.
30. Smith, L.J. : “The Involute Helicoid and The universal Gear”, Gear Technology, pp.18-27, 1990-11.
31. Tsai, S. -J. : Unified System of Involute Gears. Dissertation of TU Braunschweig, 1997.
32. Tsay, C.-B. : “Helical gears With Involute Shaped Teeth: Geometry , Computer Simulation, Tooth Contact Analysis, and Stress Analysis”, Trans. of ASME, Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, Vol.110, pp.482-491, 1988.
33. Wilcox, L. and Coleman, W. : “Application of Finite Elements to the Analysis of Gear Tooth Stresses”, The American Society of Mechanical Engineers, pp.1-12, 1972.
34. 朱孝彔與鄂中凱等 : 齒輪承載能力分析, (北京), 高等教育出版社, 1992-8.
35. 吳繼澤與王統 : 齒根過渡曲線與齒根應力, (北京), 國防工業出版社, 1989-1.
36. 高則同譯 : 齒輪手冊（設計製造應用）下冊, (臺北), 臺北市徐氏基金會, 1978-7.
37. 蔡錫錚 : “錐形齒輪對接觸率的探討，第三屆全國機構與機械設計學術研討會論文集”, 中華民國機構與機器原理學會, pp.103-109, 2000.
38. 蔡錫錚與吳思漢：”平行軸錐形齒輪對齒面寬的最佳設計”, 第五屆全國機構與機械設計學術研討會論文集”, 中華民國機構與機器原理學會, pp.103-109, 2002.

指導教授

蔡錫錚(Shyi-Jeng Tsai)

審核日期

2004-7-14

推文