大功率高速行星齿轮减速器啮合刚度计算研究.pdf

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1、·应用研究·龚存忠大功率高速行星齿轮减速器啮合刚度计算研究69大功率高速行星齿轮减速器啮合刚度计算研究龚存忠(上海船舶设备研究所，上海200031)摘要：针对某NGW型大功率高速行星齿轮减速器，运用自编程序生成内、外啮合齿轮副的精确啮合节点坐标，结合三维建模软件和有限元计算软件，将各啮合节点坐标导入仿真环境下生成真实齿面上的各个有限元节点，通过依次在各啮合节点上施加单位栽荷进行变形计算，提取各啮合结点的综合变形结果并组装得到内、外齿啮合齿面的柔度系数矩阵，进而得到各啮合齿面的啮合刚度。根据此减速器内、外啮合齿面在各啮合位置的啮合刚度值及齿面啮合周期内的啮合

2、刚度波动规律，对减速器的齿轮参数选取的优劣做出判断。关键词：高速；行星传动；内、外齿；啮合刚度中图分类号：TP132．41文献标识码：A文章编号：1672—1616(2011)11—0069—05齿轮传动系统的振动和噪声以及齿轮的强度计算，进而求出人字齿轮在一个啮合周期中啮合刚问题一直是业界关注的重点。斜齿轮传动在啮合度曲线。过程中传动较为平稳，振动和噪声内能有效降计算中主要分3步进行，即：生成轮齿作用面、低⋯，常用在高速齿轮传动中。由于斜齿轮在传齿面啮合结点柔度系数计算和啮合刚度计算。动中有轴向的分力，有时为消除这个分力而将两个螺旋方向相反的斜齿轮组合起

3、来，形成人字齿轮。1齿面坐标系正因如此，人字齿轮设计中可采用较大螺旋角使本研究所建立的计算方法应用到的啮合齿面得同时参与啮合的轮齿对数较普通齿轮更多，重合坐标系分别如图1和图2所示。图中，Oxy为齿度更大。人字齿轮因具有承载能力高和传动平稳轮作用面坐标系。齿轮作用面是生成齿轮作用面程等优点而被广泛应用于船舶等重型机械的传动装置中。啮合刚度的周期性变化是引起系统振动的主要原因之一。啮合过程中同时参与啮合的轮齿对数是周期性变化的，这是引起啮合刚度和齿面载荷分布变化的主要原因2。齿轮啮合刚度是和轮齿弹性变形紧密相关的，周期变化的弹性变形对应着变化的齿轮啮合刚度，

4、而刚度的周期性变化是任何形式的齿轮啮合所不可避免的，是引起齿轮在啮合过程中振动的重要原因，对齿轮传动的动态性能有很大影响【引。随着计算机技术和有限元软件的发展，为了精确计算齿轮的啮合刚度，文献[4]、[5]对利用有限元软件进行啮合刚度的计算进行了有效探讨，对斜齿轮的啮合刚度计算总结了一些有效的计算方法。本文运用自编程序与有限元相结合的方法计算，对具有大重合度的人字齿轮副的啮合刚度进行图1外啮合齿轮各坐标系间的关系收稿日期：2010—11—02作者简介：龚存忠(1973一)，男，上海人，上海船舶设备研究所高级工程师，硕士，主要研究方向为船舶汽轮发电机组设计。

5、·应用研究·龚存忠大功率高速行星齿轮减速器啮合刚度计算研究71宽方向的分割线数(图中虚线)对确定的啮合节点oixiyiz下的坐标值为：自动编号并根据坐标系提取各节点的坐标位置，生成txt格式的数据输出文档，供下一步在有限元环：[{}㈩境下确定节点坐标位置时读取转化。式中：=xktanfl／r=xktanflb／rb；Xk为第志个端截面上节点在齿轮作用面坐标系下的X坐标值；，r为分别为两齿轮的分度圆和基圆半径；卢，卢b为斜齿轮分度圆和基圆螺旋角。通过以上转换方程，确定了从自编程序生成的节点坐标到有限元计算环境中对应的啮合齿轮副上各啮合节点的坐标位置。2．3确

6、定节点分解力在各接触线坐标系0I中仅沿法向X施加载荷，而其他坐标分量为零，即：一f砝1=0(2)图4自编程序的初始参数输入界面【oJ·接触线啮合节点截面计算式(2)中齿面柔度系数时，取威=1．0。11．—4t8＼22＼73l＼3_540为了在各自转动坐标系中求解各啮合位置下＼的齿面柔度系数，首先需要将坐标系0中／23i的作用力转换到各自转动坐标系ojxjyjzj中，其转＼／换关系为：／，／／’、＼f]f砝]L／{l}l=lMo0{l0}llPJ【0J图5程序生成啮合节点编号示例其中：和Mo为坐标转换矩阵。2．2啮合面上节点坐标的确定通过三维造型软件生成的齿

7、轮三维模型导入3齿面柔度系数的计算到有限元计算软件后，为了在有限元计算环境下齿齿面柔度系数．含义是，仅在齿面上第J个轮模型的齿面上找到对应的啮合位置和接触线，需啮合点处施加单位载荷，在齿面上第i个啮合节点要将自编程序生成的节点坐标转换到有限元软件处产生的法向位移。齿面柔度系数计算的任务是中齿面所在的转动系中。求出在一个节点处施加单位载荷时，在其他所有节在求得两啮合齿轮任一端截面k上各点坐标点处产生的变形量。齿面柔度系数计算的主要流(砖，Y娩)以后，啮合齿轮副在各自转动坐标系程如图6所示。图6人字齿轮柔度系数计算流程图根据齿面柔度系数的物理意义，需要对每一个

8、节点施加单位载荷，计算出在该节点施加单位载荷2011年6月中国制造