基于参数化的斜齿轮副接触应力分析.pdf

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1、基于参数化的斜齿轮副接触应力分析吴斌，葛文杰(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)FiniteElementAnalysisofHelicalGear’SContactStressBasedonParameterizationwUBin，GEWen—ji(SchoolofMechatronics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：以提高齿轮建模和分析效率为目标，基于目前，齿轮建模大多采用三维CAD软件，例如APDL语言对有限元软件ANSYS进行二

2、次开发，Pro／El1]，Solidworks~等，利用其与有限元软件建立了一对斜齿轮副参数化建模程序，对该齿轮副的接口，例如ANSYS，将齿轮副几何数据导人AN—进行接触应力分析，获得了齿面接触应力和齿根弯SYS进行分析]，即传统CAD／CAE分析方法。曲应力分布规律，通过与传统CAD／CAE齿轮分析这种方法虽然能够满足建模精度和分析要求，但建方法对比，验证了该方法在齿轮建模和有限元分析模和分析是在2个软件里分别进行，因此，降低了工中具有相同精度的同时，能够提高分析效率。作效率。而本文利用ANSYS的二次开发模块和关键词：APDL

3、；斜齿轮；参数化；接触应力分析APDL语言，开发了齿轮建模通用界面[6；并进行中图分类号：TH132了综合分析和对比l8]。文献标识码：A1齿轮副模型的建立文章编号：1001—2257(2011)05—0022—03Abstract：Inordertoimprovetheefficiencyof采用自底向上的方法建立斜齿轮副的参数化模thegear’Smodelingandanalysis，aparametric型，即将齿轮渐开线和齿根过渡圆弧曲线离散成若modelingprogramofapairofhelicalgearwase

4、s—干节点，实体建模时，先定义关键点，再由点连成线，tablishedthroughthesecondarydevelopmentof由线组合成面，最后由面组合建立体，由低级到高级ANSYSwithAPDL．Thenweanalyzedthecontact逐步建立有限元模型。1．1齿轮副基本参数stressandobtainedthedistributionofthetooth建立斜齿轮副，主动轮左旋，从动轮右旋，齿轮surface’Scontactstressandthetoothroot’Sben—副基本参数如表1所示。ding

5、stress．Finally，comparedwiththetraditional表1斜齿轮副基本参数CAD／CAEmethod，itvalidatedthatthismethodhadthesameaccuracyingear’Smodelingandfiniteelementanalysis，butitwasmoreefficient．Keywords：APDL；helicalgear；parametric；contactstressanalysisO引言齿轮传动以其优越的传动性能，在航空航天、车辆、工程机械、机床和轻工业等领域

6、获得了广泛的应用。为了更好地对齿轮传动进行设计和分析，虚拟样机技术和有限元方法相结合成为研究齿轮传动的趋势。1．2ANSYS二次开发界面设计收稿日期：2010—12—20利用ANSYS二次开发模块设置用户自定义的··22·《机械与电子))2011(5)于分交互界面，可方便地给齿轮参数赋值，以快速实现参起来即为圆柱螺旋线。利用这些线生成相应曲面，数化建模。二次开发界面如图1所示。即完成单个轮齿的所有曲面的创建。最后，利用VA命令生成单个轮齿的实体模型。1．c恤n越。fc。．．-哪⋯■●“．tl●l对于轮齿副的静态接触分析，一般只取参与

7、啮}圭l姗·矗Pl洼一压办thPI合的一部分轮齿进行分析，在每对齿轮啮合处建立i．zlPIA^．1}％tA——]∞＆景蠹．h[—]多齿模型。所编写的程序是通过给变量』＼，赋值来●峨幡Dl·-·-·—--—--一I主帅沣诬．lIl543II控制轮齿的对数，本文建立的模型为5齿模型，则令锄期i暮lI：M1I且动乾内孔丰畦．盯IN的值为5。使用VGEN命令对单齿模型进行周瓣HP巧I簿黉■中．^l口}惜}向阵列复制、相加即可得到齿轮副完整的实体接触竺．11i分析模型。以上建立的实体模型并不参与有限元分图1ANSYS二次开发界面析，必须将其转

8、化为能够直接计算的有限元模型，即1．3齿轮渐开线节点坐标提取网格划分。斜齿轮类似于柱状模型，适宜采用扫掠斜齿轮齿廓为平面渐开线，其极坐标方程为：网格划分方式对齿轮对进行网格划分。有限元接触分析模型如图2所示。／一cO(1)l0K—ta