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内容概要:本文档专注于使用Python语言复现关于变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动润滑特性的研究。通过一系列Python代码片段,文档分别探讨了齿轮成型原理、齿面接触、弹流润滑油膜厚度以及椭圆接触热弹流润滑特性的数学模型。其中包括了齿轮齿面方程的定义,齿轮3D模型的绘制,空间坐标变换矩阵的计算方法,并借助于数值求解方法对瞬时接触点进行了计算。另外,为了评估不同运行条件下齿轮的工作性能,文档还引入了输入转速对于EHL最小油膜厚度和中心油膜厚度影响的讨论,以及对椭圆接触区域的压力和温度分布分析和可视化展现。 适用人群:从事机械工程和流体力学方向的研究人员、学生或者有一定Python编程经验并希望深入了解齿轮动力学及其润滑机理的技术工作者。 使用场景及目标:该文档可用于辅助教学活动,使学者们更好地理解复杂机械系统的动态行为;也可以作为参考工具书来指导工业生产环节内的工艺改进和技术革新;此外,还可以被用于开发新的软件应用或是优化现有的工程仿真平台。 其他说明:虽然提供的代码仅涵盖了部分内容,但它们已经足够让用户掌握基本原理并且可以根据实际情况扩展功能。同时需要注意的是,实际复现整个研究可能涉及更多的
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复现论文《变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动润滑特性研究》,该论文涉及到多个复杂的步
骤和大量的代码编写,以下以 Python 为主要编程语言,给出关键部分代码示例及解
释。论文主要围绕变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动的润滑特性研究,涉及齿轮成型原理
分析、齿面接触分析、弹流润滑油膜厚度分析以及椭圆接触热弹流润滑特性分析等方
面。
```python
import numpy as np
import sympy as sp
# 定义符号变量
theta, phi, alpha, m, R, R1 = sp.symbols('theta phi alpha m R R1')
# VH-CATT 圆柱齿轮齿面方程(工作曲面)
x0 = ((-(R - sp.pi/4*m + sp.Symbol('u0')*sp.sin(alpha))*sp.cos(theta) + R +
R1*phi)*sp.cos(phi) +
(sp.Symbol('u0')*sp.cos(alpha) - R1)*sp.sin(phi))
y0 = ((R - sp.pi/4*m + sp.Symbol('u0')*sp.sin(alpha))*sp.cos(theta) - R -
R1*phi)*sp.sin(phi) + \
(sp.Symbol('u0')*sp.cos(alpha) - R1)*sp.cos(phi)
z0 = (R - sp.pi/4*m + sp.Symbol('u0')*sp.sin(alpha))*sp.sin(theta)
# 打印齿面方程
print("x0 方程:", x0)
print("y0 方程:", y0)
print("z0 方程:", z0)
```
解释:这段代码使用 Sympy 库定义了符号变量,用于构建 VH-CATT 圆柱齿轮的齿面
方程。通过定义符号变量,可以方便地进行公式推导和计算。打印出的齿面方程是根
据论文中给出的公式进行编写的,为后续的齿轮建模和分析提供了基础。

```python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
# 齿轮基本设计参数
m = 8 # 模数
z1 = 21 # 主动轮齿数
z2 = 29 # 从动轮齿数
alpha = 20 * np.pi / 180 # 压力角,转换为弧度
R = 500 # 齿线半径
B = 80 # 齿宽
# 计算齿面离散点
theta_vals = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
phi_vals = np.linspace(0, 2*np.pi, 100)
X0, Y0, Z0 = np.meshgrid(theta_vals, phi_vals, 0)
# 根据齿面方程计算坐标值(此处简化,未完全按照复杂方程计算)
x0 = ((-(R - np.pi/4*m)*np.cos(X0) + R + R1*Y0)*np.cos(Y0) + (0*np.cos(alpha) -
R1)*np.sin(Y0))
y0 = ((R - np.pi/4*m)*np.cos(X0) - R - R1*Y0)*np.sin(Y0) + (0*np.cos(alpha) -
R1)*np.cos(Y0)
z0 = (R - np.pi/4*m)*np.sin(X0)
# 绘制 3D 模型
fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.plot_surface(x0, y0, z0, cmap='viridis')
ax.set_xlabel('X')
ax.set_ylabel('Y')
ax.set_zlabel('Z')
plt.show()
```
解释:此代码根据论文中齿轮的设计参数,使用 Numpy 和 Matplotlib 库计算并绘制了
VH-CATT 圆柱齿轮的三维模型。通过设置齿轮的基本参数,如模数、齿数、压力角
等,利用网格数据计算齿面离散点的坐标值,最后使用`plot_surface`函数绘制出齿轮的
三维表面图,直观展示齿轮的形状。
```python
import numpy as np
# 定义空间坐标系变换矩阵
def homogeneous_transformation(theta, phi, d):
return np.array([
[np.cos(phi), -np.sin(phi), 0, 0],
[np.sin(phi), np.cos(phi), 0, 0],
[0, 0, 1, 0],
[0, 0, d, 1]
])
# 示例参数
theta_p = np.pi/4
phi_p = np.pi/6
d = 10
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