齿轮的动静态接触分析

风靡全球

齿轮的动静态接触分析

齿轮的接触应力对齿轮在传递动力或运动的过程中起着重要的作用，它影响着齿轮承载能力，进而影响到齿轮的寿命。在齿轮传动过程中，其齿面相互接触，轮齿在不同的啮合位置所产生的齿面接触应力大小不同，齿轮的啮合是一个高度的边界条件非线性行为。本章主要从动、静态不同角度采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA 和 ANSYS 对齿轮进行有限元接触分析，分析齿轮在啮合过程中齿面接触应力的大小及其变化规律；同时，通过分析理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮有限元模型的齿面接触应力，研究齿廓偏差对齿面接触应力的影响，为齿轮精度设计和强度设计提供参考。

齿轮接触有限元法分析

接触问题概论

在实际工程中会遇到很多的接触问题，如齿轮的啮合、机电轴承接触、冲击等。接触问题是一种高度的非线性行为，当两个物体在边界发生接触时，接触面的大小以及接触应力的大小，都是和接触面之间的摩擦力的大小、载荷以及初始间隙相关。接触面的大小在加载过程中随着载荷的不断改变而改变，也就是说在加载过程中边界条件是在不断地变化，并且不可恢复。接触应力的大小因为边界条件这种不可逆性和不确定性，而不再和外载荷具有线性关系。

在实际工程计算中，对于接触问题的处理需要进行以下三个方面的假设：①接触系统由两个相互接触的物体组成，它们之间不发生刚体运动；②接触面是光滑连续的，在处理接触表面的流体润滑时，可用摩擦系数来

接触问题一般分为两种基本类型[81]，即柔体与柔体之间的接触和刚体与柔体之间的接触。柔体与柔体之间的接触是一种更加常见的类型，在这类情况中，两个接触体都被认为是变形体，具有相近的刚度。而在刚体与柔体之间接触的问题中，把接触面中的一个或者几个当做刚体，与它相接触的变形体相比，有着大很多的刚度，通常情况中，可以把一种软材料与一种硬材料相互接触的问题假定为刚体与柔体间的接触，很多金属成型的问题都可归为此类接触。本文假设两个齿轮的刚度相等，因此齿轮的接触就是属于柔性体与柔性体的接触.

在力学中，接触问题的非线性分为以下 3 种类型：状态变化非线性、几何非线性以及材料非线性。接触界面之间的非线性来源于以下两个方面：

（1）大多数接触问题是需要考虑摩擦，摩擦效应还可能是杂乱的，而且有多种摩擦和模型可以选择，它们都是非线性的，所以摩擦使得问题的收敛变得更困难；

(2）无法在求解问题之前确定接触区域、表面之间是分开还是接触，表面之间的突然接触、或者突然分开都会导致系统刚度的突然变化。这两点也是接触问题的难点。本文研究的齿轮接触问题是属于非常普遍的状态变化的非线性。

# L: [% Y5 |9 p% C. T