齿轮动态接触计算结果分析

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齿轮动态接触计算结果分析

齿轮啮合过程动态接触分析时，考虑到突加转速和转矩通常会使计算过程不稳定，加载过程需在一段时间内完成，本文的加载时间为 0.004s。为了观察齿轮啮合过程的接触情况，选取了啮合过程中若干应力云图，这样可以较为直观地观察齿轮在啮合过程中接触应力的变化情况分别为理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮在啮合过程中几个时刻的接触应力云图。提取各时刻的最大接触应力值，以时间为横坐标，以最大接触应力为纵坐标，绘制理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮的接触应力随时间变化情况.

理想齿廓齿轮最大接触应力分布随单、双齿啮合状态有明显的变化，在单齿啮合区时最大接触应力稳定在平均值 902.6MPa上下，在双齿啮合区时最大接触应力稳定在平均值 611.1MPa 上下。由此可以看出，随着齿轮的转动，整个齿轮进入双齿啮合区时其接触应力变得比较低，这是因为齿轮处在双齿啮合区时，载荷是有两对轮齿共同承担，每对轮齿只承受全部载荷的一部分，而在单齿啮合区时，载荷仅有一对轮齿承担，所以这时接触应力要明显大于双齿啮合时。在单双齿啮合交替时有应力突变，双齿啮合时平均最大接触应力比单齿时平均最大接触应力小 32.3%左右。

想齿轮和含齿廓偏差的齿轮最大接触应力随时间的变化情况，可以看出，在啮合过程中，理想齿轮的最大接触应力比较稳定，波动不大，且随单双齿啮合状态的变化规律比较明显。而含有齿廓偏差的齿轮的最大接触应力虽然在总体上变化还是与理想齿轮相一致，但其最大接触应力要比理想的偏大且随单双齿啮合状态的变化不是很明显。此外，含有齿廓偏差的齿轮的最大接触应力值在 t=0.00136s 和 t=0.0021s 时能看到明显的波动，与理想齿轮的相差比较明显。可以推断这是齿廓偏差存在导致的，由于齿廓偏差大小沿齿廓各点分布各不相同，因此在啮合过程中，齿廓偏差对齿轮各啮合位置齿轮最大接触应力的影响程度各不相同。综上所述可知，齿廓偏差可以改变两齿轮间的啮合状态，影响齿轮最大接触应力，破坏理想齿轮传动时的载荷分布规律，同时由于齿廓偏差沿齿廓分布是随机的，所以齿廓偏差对齿轮上各点的影响程度也是无法预知的。

综合齿轮的动静态接触分析可知，采用本文所建立的含有齿廓偏差的齿轮规范表面模型对齿轮进行分析，结果与工程实际基本相符，表明了该模型具有一定的准确性；因此，利用该模型可以在一定程度上研究齿廓偏差对齿轮性能的影响，所得结果可以用来指导齿廓偏差精度设计，也可以用来指导齿轮接触强度设计和校核.

（1）采用齿轮规范表面模型进行分析可以定量的分析齿廓偏差对齿轮性能的影响，以及不同精度等级的影响程度；在此基础上，针对不同的使用要求，可以更加合理的对齿轮精度进行设计，避免了以往在精度设计上对经验的依赖性。

（2）采用齿轮规范表面模型可以更加真实的模拟实际齿轮的啮合状态，更好的分析设计、制造的齿轮是否能够满足设计和功能要求，能对齿轮进行客观评价；同时，可以采用更加与实际相符的分析结果来指导齿轮的强度设计。如此，在一定程度上，避免了以往以理想齿轮为基础进行分析，没有考虑齿轮在制造、使用过程中的因素，对齿轮接触强度设计与校核可能出现与工程实际不符的问题。

对齿轮副接触的有限元法进行了介绍，阐述了经典赫兹理论和有限元求解的一般步骤；在 ANSYS 和 ANSYS/LS-DYNA 软件中，利用软件的接触分析模块对齿轮的静、动态接触应力分别进行了有限元分析，得到了接触应力的大小和变化规律。

（1）在静态接触分析中，借助相关文献试验数据，验证了本文采用有限元法对齿轮接触应力分析的准确性；通过对不同精度齿轮模型有限元计算结果的分析，发现齿廓偏差对齿轮的接触应力有明显的影响，精度越低，接触应力增大越明显。结合齿轮接触应力与接触面曲率半径关系的分析，表明了齿廓偏差改变了齿轮啮合状态下的接触面积。

（2）在动态接触分析中，通过对理想齿轮不同时刻的最大接触应力对比，发现理想齿轮在啮合过程中最大接触应力随单双齿交替啮合状态呈现一定的规律性；通过对理想齿轮和含有齿廓偏差的齿轮不同时刻最大接触应力对比，发现齿廓偏差一定程度上改变了理想齿轮接触应力的变化规律，改变了齿轮的啮合状态，影响了齿轮的最大接触应力。

采用本文所建含有齿廓偏差的齿轮规范表面模型进行分析，结果与工程实际基本相符，表明了本文所建误差模型具有一定正确性，对齿轮精度设计和强度设计有较好的指导价值。

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