齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响分析摘要随着科学技术的发展，人们对机械设备使用性能的要求越来越高。齿轮传动是应用最广的传动系统，它的性能直接影响着整个机械系统的性能。一般情况，由于齿轮系统润滑的需要，以及制造、加工、安装等误差和使用过程中的磨损，在啮合轮齿间存在齿侧间隙。但是在实际工况中，齿轮系统可能在负载波动或者处在频繁启动、制动的工作情况下，这样由于齿侧间隙的存在，齿轮间的接触状态会发生变化，导致齿轮间发生接触、脱离、再接触的重复冲击，直接导致齿轮系统的动态特性产生不良的影响，因此以实际生产工况

2、和齿轮参数建立含齿侧间隙的有限元模型，来研究齿侧间隙对渐开线齿轮啮合冲击的影响，这对提高机械传动系统的性能有重大意义。本文在全面分析齿侧间隙理论的基础上，利用ANSYS中的LS-DYNA模块建立了含齿侧间隙的齿轮有限元模型，分别对直齿轮与斜齿轮的6组不同工况进行模拟分析。随后在LS-PREPOST后处理中提取了主动轮与从动轮的转速进行分析比较，同时比较了含侧隙齿轮啮合过程中应力变化和最大等效应力的时间历程，并详细研究了含齿侧间隙齿轮的啮合冲击力的情况，之后进一步提取啮合冲击力的数据进而分析齿轮在啮合过程中脱齿时间。通过上述各方面的

3、研究分析发现：当齿侧间隙改变时主动轮转速的平均转速、波动周期、变动幅值变化不大，但从动轮变化较为明显。无论哪I太原理工大学硕士研究生学位论文种工况最大等效应力都是在齿轮啮合的齿顶附近，随着齿侧间隙的增大，将引起轮齿冲击过程的延迟。虽然直齿轮与斜齿轮的最大啮合冲击力是随着侧隙的增大而增大，但是对于低速时（3r/s）,齿轮的最大啮合冲击力略微增大,齿侧间隙对最大啮合力的影响不大。在齿轮啮合频率的倍频区易发生较大的能量，在设计齿轮时要避免齿轮啮合频率的倍频率。齿侧间隙严重影响了齿轮的脱齿时间，特别是直齿轮在齿侧间隙0.5mm的低速工况时

4、，脱齿时间占啮合时间的53%。通过对含侧隙齿轮啮合动态特性的量化分析，为齿轮的非线性动态特性提供一种研究方法，也表明在以后的实际生产中要严格控制齿轮系统的齿侧间隙。关键词：齿侧间隙，LS-DYNA，齿轮转速，等效应力，啮合冲击力，脱齿时间II太原理工大学硕士研究生学位论文ANALYSISOFTHEMESHINGIMPACTOFINVOLUTEGEAREFFECTEDBYBACKLASHABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnology,peopleareincreasinglydema

5、ndingonthepropertiesofmechanicalequipment.Geartransmissionsystemisusedwidely,itsperformancedirectlyaffectstheperformanceofthewholemechanicalsystem.Ingeneral,duetotheneedoflubrication,andtheerrorofmanufacture,processing,installationaswellastheabrasionintheprocessofusin

6、g,thebacklashingearexists.Butintheactualworkingcondition,thegearsystemmaybeworkunderthefluctuationofloadorthefrequentstartingandbraking,thusduetotheexistenceofbacklash,thecontactbetweenthegearwillchange,leadingtotherepeatedimpact,thedetachmentofteeth,andthetwicecontac

7、t,whichhavetheadverseeffectsonthedynamiccharacteristicsofgearsystem.Therefore,establishingfiniteelementmodelofgearwithbacklashaccordingtotheactualproductionconditionandresearchingthemeshingimpactsofinvolutegearwithbacklashsareofgreatsignificancetoimprovetheperformance

8、ofmechanicaltransmissionsystem.Basedonthecomprehensiveanalysisofthebacklashtheory,themeshingimpactofinvolutegearwithbacklash