齿轮接触应力分析准确性验证

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齿轮接触应力分析准确性验证

为了验证本文采用有限元法对齿轮接触应力分析的准确性，借助了文献中接触应力测量的光弹性试验结果，该试验齿轮基本参数齿轮材料为 45 号钢，材料参数如表 4.1 所示。施加在小齿轮上的扭矩为 28N·m。

在 UG 中建立文献中齿轮模型，导入到 ANSYS 中，按照本文齿轮静态接触分析过程，对该齿轮模型进行求解，得到了齿轮接触应力云中接触应力试验结果为 351.2MPa，在此，有限元法计算齿轮最大接触应力为 338MPa，与试验结果相差仅为 3.8%，由此可知，本文采用有限元法对齿轮接触应力的求解，能够满足齿轮接触分析要求.

齿轮静态接触计算结果分析

对不同精度齿轮模型进行有限元分析，通过通用后处理器可以对求解的结果进行查看及分析，观察各种位移、应力等云图，能够清晰直观地看出齿轮模型的位移、应力等数据分别是理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮的接触等效应力云图。为了保证分析齿廓偏差对齿轮性能影响的准确性，建立了 3 组齿轮模型进行分析，3 组模型有限元分析的结果利用此表中数据得到最大接触应力随精度变化情况。

有限元法计算理想齿轮的最大接触应力为884MPa，以赫兹理论为基础的传统公式计算的齿轮最大接触应力为 917.3MPa。传统计算公式得到的接触应力比有限元法计算结果偏大，说明工程中，采用计算公式设计和校核是偏安全的；同时，有限元计算结果与赫兹计算结果偏差仅为 3.6%，也表明了本文采用有限元法对齿轮接触分析是可以满足接触分析要求的。在图4.10 中，通过对不同精度齿轮的最大接触应力比较，发现齿廓偏差对齿轮的接触应力有明显的影响，且随着精度的降低，齿轮的接触应力有明显的增大，如与理想齿轮相比，5 级精度齿轮的最大接触应力增大近 17%。在相同的接触力作用下，接触应力发生明显变化，表明影响接触应力的另一因素接触面积发生了改变，可以推断出齿廓偏差改变了齿轮啮合状态下的接触面积，使接触应力发生改变。

根据赫兹公式知，在载荷和其他参数一定的情况下，接触面曲率半径越小，接触面积越小，接触应力就越大；而曲率半径越大，接触面积越大，接触应力就越小。在单齿啮合时，载荷是由一个轮齿来承担，这时，接触应力发生变化的直接原因就是齿廓偏差改变了齿廓形状，进而使齿轮接触面积发生改变，引起齿轮接触应力随之发生改变。根据本文有限元分析，同样得出齿廓偏差可改变齿廓原有的理想形状，使理论渐开线齿廓或凹陷、或凸起，改变了齿轮的接触面积，从而造成齿轮的接触应力发生改变，与理论分析相符。

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