齿轮机构的动力学特性分析.pdf

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1、机械工程师麓ECHANICALENGtNEER齿轮机构的动力学特性分析宋雪峰坫(1．黄石新兴管业有限公司，湖北黄石435005；2．北京工业大学电子信息与工程控制学院，北京100000)摘要：建立圆柱齿轮副三维啮合模型，通过定义接触对的方式对其进行有预应力的有限元模态分析，在模态分析的基础上，应用Newmark—p法分析了齿轮副在不同啮合刚度下的动态响应以及不同阻尼条件下的频谱变化。分析结果可为齿轮传动系统的优化设计提供有力的技术参考。关键词：齿轮：动力学特性：Newmark—B法中图分类号：TP3917文献标志码：A文章编号：1002—2333(20

2、16)07—0040—04DynamicCharacteristicsAnalysisofGearMechanismSONGXuefen910(1．HuangshiXinxingPipesCo．，Ltd．，Huangshi435005，China；2．InstituteofElectronicInformationandControlEngineering,BeijingUniversityofTechnology，Beijing100000，China)Abstract：Theprestressedfiniteelementmodalanalysis

3、iscarriedoutbydefiningcontactpairbasedonacylindricalgearpairof3Dmeshmodel．ThedynamicresponseofthegearpairisanalyzedusingtheNewmark·—methodunderdifferentmeshingstiffness．Thechangesofspectrumareexplainedwithdifferentdampingconditionsbasedonmodalanalysis．Analysisresultcanprovidepow

4、erfultechnicalreferencefortheoptimizationdesignofthegeartransmissionsystem．Keywords：gear；dynamiccharacteristics；newmark一13method0引言齿轮传动系统是目前最重要而且应用最广泛的机械传动机构，由于齿轮传动系统的工作状态的复杂性，使其力学行为和工作性能对整个机器有着重要的影响[11。齿轮的模态分析是对掌握齿轮的结构振动特性的必要工作之一，通过模态分析可以避开这些结构或者传动部件的固有频率，最大限度地减少对这些频率的激励，避免共振发生

5、。目前，关于齿轮的模态分析的例子数不胜数[2-61，但这些分析都是针对单个齿轮或者基于数值方法进行的，没有考虑齿轮之间的啮合关系，也就是轮齿之间的约束关系对系统的影响。因为齿轮的工作特性是以啮合为基础的，所以单一齿轮的分析已经不能满足分析的需要，本文以渐开线直齿圆柱齿轮副为研究对象，建立了啮合三维模型，分析其啮合状态下的特性，并且在其基础上建立了不考虑齿面间摩擦力的情况下齿轮传动系统的非线性动力学模型。1齿轮的三维建模此传动系统齿轮的参数如下：齿轮模数m=5mm；大齿轮齿数z，=97，小齿轮齿数z：=20；压力角or=200，大齿轮齿宽b=100mm，

6、小齿轮齿宽b=100mm。使用参数化的方法绘制齿轮的三维啮合模型如图1所示。_誓_-图1齿轮副的啮合模型将文件保存为IGS格式导入ANSYS有限元软件中进行动力学模态分析，如图2所示。齿轮啮合传动时轮齿之间是相互接触的，之间存在约束关系，也就是说啮合过程中随着啮合位置的改变啮合刚度是变化的，所以齿轮啮合模态分析是一种非线性的动态分析。在文中对齿轮进行啮合分析时主要考虑的情况是两个齿轮的啮合不是简单的装配过程中的啮合，在有限元分析中要考虑定义接触对。定义接触对的过程就是要保证齿轮的啮合过程。2装配体的模态分析首先对三维实体模型划分网格如图3所示。定义材料

7、屙I生：弹性模量E=2．06xlOsMPa，泊松￡‰=0_3，材料密度p=7．85×103kg／m3。由于此传动系统是适合于高速重载工况，所以在分析时要考虑其在高速旋转情况下的模态。也就是有预应力模态分析，有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和振型，小齿轮是主动轮，在进行模态分析之前，要先进行静力学分析，需要注意的是预应力选项必须打开。然后重新进入solution，进行模态分析。求得的结果为：一阶固有频率为1493．3Hz，二阶固有频率为1604．0Hz，三阶为1683．0Hz，四阶为1909．9Hz，五阶为1972．3Hz，六阶40l201

8、6年第7期网址：Www．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163．corn机械工