漸開線直齒錐形齒輪齒根應力計算模型之初步研究

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羅文國(Wen-kuo Lo) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

漸開線直齒錐形齒輪齒根應力計算模型之初步研究

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摘要(中)

齒輪承載能力的研究中，齒根強度的大小，一直是影響齒輪選用的主要因素，但截至目前為止，仍未有相關文獻提出錐形齒輪齒根應力的計算標準。因此本文以直齒錐形齒輪齒根應力計算模型的推導，作為本研究之目標。
本研究中，參考螺旋齒輪等效齒數的推導方式以及錐形齒輪根切移位限制的應用，分別提出兩種直齒錐形齒輪等效齒數的表示法。將等效齒數代入ISO 6336計算式中所得的結果與實際法截面上危險斷面齒厚大小相比較，由根切移位限制所推導的等效齒數，在危險斷面的齒厚表現，較能滿足實際情況。而在齒根應力相關影響係數的研究上，則藉由錐形齒輪數學計算模型，以ISO 6336的推導方法，求出符合直齒錐形齒輪法面齒廓下的形狀係數與應力修正係數，並與以等效齒數代入ISO 6336計算式所得的結果交互比對，以瞭解虛齒數的正確性。
另外，為便於未來齒根應力的驗證工作，本研究亦在有限元素分析軟體MSC.Patran的使用介面下，針對直齒錐形齒輪發展出有限元素分析模型之自動化建構程式，以其能快速完成大量數據的計算。

關鍵字(中)

★ 錐形齒輪
★ 齒根應力
★ 等效齒數
★ 形狀係數
★ 應力修正係數

關鍵字(英)

論文目次

摘要I
誌謝II
目錄III
表目錄VI
圖目錄VII
第1章緒論1
1.1 研究背景1
1.1.1 錐形齒輪的基本介紹1
1.1.2 錐形齒輪之特點2
1.1.3 錐形齒輪的應用 6
1.2 輪齒齒根應力介紹 7
1.3 研究目的 10
第2章研究架構與方法 11
2.1 研究架構 11
2.2 ISO 6336齒根承載能力介紹 12
2.3 直齒錐形齒輪數學計算模型建立 16
2.3.1 刀具法面座標系統 16
2.3.2 刀具加工座標系統 17
2.3.3 齒輪座標系統 19
2.3.4 錐形齒輪法面座標系統 21
第3章直齒錐形齒輪有限元素分析方法 23
3.1 直齒錐形齒輪自動化分析模型的程式建構 23
3.1.1 齒面三維點座標的產生 24
3.1.2 PCL程式語言簡介 25
3.1.3 以PCL建構有限元素分析模型 25
3.2 直齒錐形齒輪分析網格的劃分 31
3.2.1 單一輪齒網格劃方 31
3.2.2 三齒模型網格劃方 32
3.3 Nastran與MARC下邊界條件設定 34
3.3.1 Nastran下邊界條件設定 34
3.3.2 MARC下邊界條件設定 37
3.4 分析結果與比較 45
第4章直齒錐形齒輪等效齒數推導 50
4.1 螺旋齒輪及傘齒輪等效齒數 50
4.1.1 螺旋齒輪等效齒數推導方法 50
4.1.2 傘齒輪等效齒數推導方法 51
4.2 錐形齒輪移位限制 52
4.3 直齒錐形齒輪等效齒數推導 54
4.3.1 以齒輪基圓曲率半徑推導方法求等效齒數 54
4.3.2 以錐形齒輪的根切移位限制反推等效齒數 57
4.4 直齒錐形齒輪等效齒數在危險斷面齒厚上的比較 60
4.5 結果與討論 62
第5章直齒錐形齒輪之形狀係數與應力修正係數 63
5.1 法面危險斷面齒厚 63
5.1.1 危險斷面位置 63
5.1.2 以刀具橢圓法向量偏差角求解危險斷面 64
5.2 等效形狀係數 70
5.2.1 正齒輪形狀係數介紹 70
5.2.2 直齒錐形齒輪形狀係數推導 71
5.3 應力修正係數 73
5.3.1 正齒輪應力修正係數介紹 73
5.3.2 直齒錐形齒輪應力修正係數推導 73
5.4 推導結果與等效齒數應用下之結果比較 77
5.4.1 齒輪法面齒廓移位係數定義 77
5.4.2 結果比較 78
第6章結論與展望 81
6.1 結論 81
6.2 未來展望 82
參考文獻 84
附錄A Euler-Savary方程式介紹 87
附錄B 形狀係數與應力修正係數完整之參數驗證 89

參考文獻

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指導教授

蔡錫錚(Shyi-Jeng Tsai)

審核日期

2005-7-15

推文