基于有限元法的变位齿轮的啮合仿真.pdf

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1、研究与分析2013年第4期(第26卷，总第126期)·机械研究与应用·基于有限元法的变位齿轮的啮合仿真康晓晨，李常有(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)摘要：用有限元软件对渐开线变位齿轮进行精确建模、啮合仿真，并分析了变位齿轮的动力学参数。用四段圆弧法对渐开线变位齿轮齿轮精确建模，取一组变位系数为0．3的高变位齿轮副，用ANSYS软件仿真分析齿轮啮合动力学参数。研究发现，有限元仿真得到的数据准确可靠，有助于提高变位齿轮的设计和应用。关键词：变位齿轮；四段圆弧；有限元；动力学中图分类号：THI33，

2、TB122文献标志码：A文章编号：1007—4414(2013)04—0028—02MeshingSimulationoftheModifiedGearBasedonFiniteElementMethodKANGXiao—ehen．LIChang—you(SchoolrJ／MechanicalEngineering&Automation，NortheasternUniversity，ShenyangLiaoning110819，China)Abstract：Themodifiedgearisaccuratelymo

3、deledandsimulatedwiththefiniteelementsoftware，andthekineticparametersofmodifiedgearareanalyzed．Modifedgealaccurateismodeledby['ourarcsmethod，geardynamicsparametersaresimulatedandanalyzedbyasetofmodificationcoeficientwithhighgear0．3．Thestudyfoundthatthefiniteel

4、ementsimulationdataisaccurateandreliable，itcanimprovethedesignandapplicationofmodifiedgear．Keywords：modifedgear；foHrarcs；finiteelement；dynamicsl引言型的关键是齿轮渐开线齿廓曲线和齿根过渡曲线的利用计算机仿真进行机械结构设计是现代制造生成，这也是齿轮啮合有限元分析的重点研究部领域的重要方法之一，其目的是优化产品结构，满足位J。设计需求。齿轮结构是现代机械传动机构中应用双圆角齿

5、条型刀具加工的渐开线齿轮精确建模。最广泛的形式。轮机构常处在高温、高脉动载荷及齿廓曲线由齿根圆弧线、齿根过渡曲线、渐开线齿廓润滑较差的工作环境，因而它是机器主要易损件之和齿顶圆弧线四部分组成。精确建模如图1所示。一。据统计，在齿轮传动机构中，80％的故障是齿轮齿l嚷圆弧线JIY故障。因此，针对工作环境，合理设计齿轮结构、1

6、El规划应力分布是减少齿轮故障的重要途径。变位齿／l线螽晦轮传动，与标准齿轮传动相比，不但可以配凑中心矩，f／＼避免根切，减少齿轮机构尺寸和重量，而且可以减少曲线面磨损，提高使用寿命和增强小齿轮

7、承载能力等。、、I变傅齿轮传动设计计算复杂，容易出错．如果能对雹弧线变位齿轮进行精确的建模分析，使设计人员通过输入少许齿轮几何特征参数(比如模数、齿数、压力角、变图1精确建模的齿廓曲线位系数等)，即可得到变位齿轮的实体造型，进行虚拟装配和干涉检查，进行运动学和动力学仿真分析，就可以大大提高设计的效率和正确性。笔者通过3基于ANSYS／LS—DYNA齿轮动力学分析用ANSYS／1S—DYNA对变位齿轮建模分析，分析齿IS—DYNA是世界上最著名的通用显式动力分轮啮合过程中齿轮动力学参数的一些变化J。析程序，能够模拟真

8、实世界的各种复杂问题，特别适2渐开线齿轮精确模型的建立合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸精确建立齿轮的三维实体模型是有限元分析结和金属成型等非线性动力冲击问题。在此，用LS—果准确性的基础，运用APDL建立齿轮的三维实体模DYNA分析齿轮啮合的动力学参数。收稿日期：2013一()6～17基金项目：国家[_然科学基金(51005041)，中央高校基本科研业务费(NI10403006)，教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET一12—0105)作者简介：康晓晨(1988一)，男，河南许昌人，在读硕士，研究方向

9、：机械可靠性设计。·28··机械研究与应用·2013年第4期(第26卷，总第126期)研究与分析及动力学仿真及分析。通过建立齿轮箱运动学模型，1997-2005[J]．IEEETransactionsonEnergyConversion，2007，22(1)：167—173．得到了各级齿轮速度及位移曲线，与理论计算的传动郝云堂，金烨，季辉．虚拟样机技术及其在