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高重合度弧齿锥齿轮的强度有限元分析

发布于:2022-09-13 19:45
有限元分析

      弧齿锥齿轮是动力传输的关键部件,在重量、强度、动态性能和可靠性方面都有着很高的要求由于传统设计的弧齿锥齿轮有着近似于圆柱直齿轮的重合度和啮合特性,因此在高速重载的工作条件下产生了突出的振动噪音问题,引起学者们的关注作者曾提出了通过控制齿面接触路径的倾斜度和长度,获得高重合度弧齿锥齿轮设计的理论和方法,可有效地改进弧齿锥齿轮的动态性能作者设计了理论重合度达到弧齿锥齿轮传动,通过有限元分析啮合仿真和承载啮合仿真LTCA技术,证明了高重合度弧齿锥齿轮具有良好的啮合性能和动态特性。
      但是,当齿面接触路径倾斜,甚至越过整个齿向长度时,啮合性能(齿面印痕和传动误差)相对于齿轮位置误差的敏感性增大;而齿距相对误差也影响到齿轮的实际重合。因此作者就安装误差和加工(齿距)误差对高重合度弧齿锥齿轮啮合性能和承载性能的影响进行了理论分析和研究,证明了在航空齿轮精度的范围内,高重合度弧齿锥齿轮的性能仍然是优越,作者应用有限元方法进一步研究分析了高重合度弧齿锥齿轮在不同载荷下和不同装配误差条件下的弯曲应力状态。
      采用局部综合法在保证齿轮基本参数不变的条件下,通过倾斜接触迹线和改变齿面的失配量,设计了封重合度不同的弧齿锥齿轮,并用TCA和LTCA技术获得了被加工齿轮的啮合性能和承载啮合性能上部是空载传动误差和大轮转矩为1500 Nm的承载传动误差曲线,中部是齿面啮合路径和仿真接触区,下部是在大轮转矩为1500 Nm时的齿面载荷随载荷与变形增大,传动误差曲线位置下栋当前载荷下传动误差(承载传动误差)曲线与单齿传动误差曲线相截,截得的单齿设计传动误差曲线上部代表参加啮合的齿面接触部么当实际传动误差曲线越过设计传动误差曲线下端时,开始产生边缘接触因此,当设计传动误差的两端幅值接近时,在小轮和大轮顶部同时出现边缘接触,此时产生边缘接触的容许载荷较大此外,实际传动误差的相对幅值(波动情况)越小。
      在文献中提出了设计重合度和实际重合度的设计重合度是指从大轮齿顶进入啮合到小轮齿顶退出啮合所能达到的最大重合度,实际重合度是由于弧齿锥齿轮的特性,在一定负荷下才能达到的重合度在负荷趋于零时,实际重合度而随载荷增大,所能达到的不产生边缘接触时的最大重合度为设计重合度,载荷继续增大则引起边缘接触,此时重合度略有增大。
      上部单条几何传动误差曲线表示单齿对从进入到退出啮合,曲线周期表示啮合周期,因此可得设计重合度由承载传动误差曲线的纵向位置可得到此载荷下的实际重合度部齿面啮合路径上取昨离散点为一个啮合周期,因此也可从啮合路径全长所包含的离散点数确定设计重合度是传统设计,设计重合度CR(Contact Ratio)约在大轮转矩为1500Nm时超过设计重合度并产生较严重边缘接触;是重合度设计,在大轮转矩为1500Nm时产生部分边缘接触是重合度为设计,在大轮转矩为1500Nm时实际重合度约为下部的齿面载荷分布为弯曲应力计算提供了先决条性。
      有限元素法在当今技术领域中已成为广泛应用的结构分析工具,在齿轮应力分析中也往往采用这一方法但是弧齿锥齿轮具有十分复杂的啮合过程,其啮合过程与加工参数及齿面生成有密切的关系,有限元模型和边界条件也千变万化此外,随着齿轮的啮合,轮齿应力场也有相应的变化,如果离散成为多个结构应力分析问题进行处理,将出现困难(设计时间过长,成本过高飞为解决这一个问题,作者提出了应用有限元技术的应力影响矩阵法。该方法将弹性力学中的应力影响函数,离散为齿根应力影响矩阵中的任意元素S。表示当齿面i结点施加单位法向力时在齿根面j结点产生的应力,有限元法计算得到。

 

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