齿轮优化设计论文

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1、齿轮接触有限元优化马银福摘要：通过建立一对齿轮接触模型，利用软件进行轮齿接触应力有限元仿真计算，与赫兹接触理论计算值相比较。说明有限元仿真法在计算齿面接触应力上的可靠性和精确性。为准确分析齿轮接触应力提供了一种有效途径。关键词：齿轮；有限元法；接触压力GearcontactfiniteelementoptimizationMAYin-fuAbstract:throughtheestablishmentofapairofgearcontactmodel,usingthesoftwareoftoothcontactstressfiniteel

2、ementsimulationcalculation,andHertzcontacttheorycomparedthecalculatedvalue・Descriptionthefiniteelementsimulationmethodinthecalculationofthetoothsurfacecontactstressonthereliabilityandaccuracy.Foraccurateanalysisofgearcontactstressprovidesaeffectiveway.Keywords:gear;Thefin

3、iteelementmethod;Contactpressure齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，它具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长等特点。但从零件失效的情况来看，齿轮也是最容易出故障的零件之一。据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的60%以上,其中齿血损坏又是齿轮失效的主要原因Z-o为此,人们对齿血强度及其应力分布进行了大量研究。但是，由于普通齿轮的齿廓一般都为渐开线，齿根的过渡曲线也难以确定，所以大多数软件很难对齿轮进行精确建模，这在一定程度上影响了对齿面强度及其应力分布的研究进程。另外，在齿轮的传动过程屮，

4、存在着非线性的接触问题，出于接触问题强烈的非线性特性，使得让算时需要较大的计算资源，为了进行更有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重耍的。目前，随着计算机技术的发展，出现了一些优秀的大型软件，这为齿轮的精确建模提供了可能，也为对齿轮的深入研究创造了条件。1齿轮轮齿接触单元的应力分析齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式主要是齿而剥落和疲劳点蚀。而齿面接触应力是齿面疲劳接触强度的主要因索。赫兹应力公式作为传统计算应力方法的基础。在计算过程中，将接触点两齿廓曲率半径当作两接触圆柱体的半径，如图1所示。齿面接触应力计算简图两

5、齿而间接触应力式中:Pea单位齿长上的计算载荷；Pz综合曲率半径；E.圆柱体1的弹性模量；R2圆柱体2的弹性模量；「圆柱体1的泊松比；圆柱休2的泊松比。因为渐开线齿廓上各点的曲率1P并不相同，因此，沿工作齿廓的各点所受的载荷也不同。为了方便，以节点啮合为代表进行齿面的接触强度计算。节点啮合的综合曲率半径Pyppip、()P(a(2〃+1

6、4）代入式（1）,得2齿轮接触分析的有限元模型2.1两齿轮主要参数大齿轮：模数2mm,齿数50,材料45钢,泊松比0.259,弹性模量2.09E11;小齿轮：模数2mm,齿数30,材料40Cr,泊松比0.277,弹性模量2.11E11O由于ANSYS在齿轮造型比较复杂，所以，利用其比较完善的数据接口，用UG制成三维齿轮模型，并将其导入ANSYS屮。2.2定义单元属性由于直齿齿轮可以转化为平面问题，所以选用二维4节点片面单元PLANE182用于建立面模型。2.3网格划分如果用智能网格划分可能无法保证分析结果的精确，可以控制轮廓线上的单元数进

7、行智能划分，网格划分结果见图1。图1齿轮对整体有限元模型接触处的局部的网格见图2,根据划分情况可以看出在接触处网格足够紧密,而不会产生应力集中的部位网格较疏松。减少了不必要的单元，大大减少了计算量。3接触刚度分析所有的接触问题都需要定义接触刚度，接触刚度包括法向刚度和切向刚度，穿透量的人小取决于接触刚度，过人的接触刚度可能会引起总刚度矩阵的病态，而造成收敛困难，一般来说，应该选取足够大的接触刚度以保证接触穿透小到可以接受，但同时又应该让接触刚度足够小以便不会引起总刚度矩阵的病态问题而保证收敛性。法向刚度KN应该是足够大的以使不会引起过大的

8、穿透，但又不应该大到导致病态条件。对于大多数的接触分析，可以按照下而的公式来估计法向刚度KN的值：KN二fEh式中：f—-控制接触协调性的因子，这个因子通常在0.01到100之间；E—-杨氏模