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内啮合齿轮副加工误差的有限元分析

发布于:2019-12-17 21:53
有限元分析

      随着我国汽车、摩托车制造业的迅速发展,汽摩齿轮制造业也得到了空前快速的发展。尽快成为汽摩齿轮的全球制造与供应基地是我国齿轮制造业的总体发展战略,并已经成为我国众多齿轮制造商的共识。齿轮在汽车行业中的需求量很大且精度要求较高,内齿轮主要应用于减速器中,这就对齿轮有限元分析计算精度提出了很高的要求,高精度齿轮分析是轮齿承载能力、振动和噪声性能研究的基础。    本文以内啮合齿轮副为研究对象,以Pro/EApp参数化建模为基础,建立了理想内啮合齿轮模型和误差内啮合齿轮模型,在ANSYSApp中分别对理想模型和误差模型进行齿轮接触强度分析。下述给出分析工作的具体步骤。
      内、外齿轮理想模型的建立包括:创建齿轮的基本圆,创建渐开线,镜像渐开线,拉伸形成实体和阵列轮齿。具体的齿轮参数化建模步骤可参考文献。本文考选用的内、外啮合齿轮为:外齿轮齿数为25,模数为2mm,内齿轮齿数为50,模数件中完成建模并在组建状态下完成装配过程,最终结果如图所示。应用MATLABApp对渐开线轮廓进行加噪声处理,噪声服从正态分布的随机误差,在全域内离散成50个节点,误差均值为0,方差为0.04,生成渐开线轮廓如图所示。在Pro/EApp中导入误差点文件,生成误差渐开线,并依据上述建立齿轮方法生成误差模型。通过此方法建立本文中所涉及到的所有误差模型,具体建模过程不再赘述。
      本文通过在ANSYSApp中改变齿轮啮合的摩擦因数,建立了齿轮的误差模型,现针对不同精度等级情况下的误差模型进行应力分析。在Pro/EApp中完成不同齿轮精度的参数化建模,本文选择5,6,7级齿轮做接触应力分析,通过查找机械手册可知齿轮参数,通过对单个齿的齿形进行修改,重新阵列生成外齿轮,通过在ANSYSApp中修改摩擦因数来模拟齿轮精度的表面粗糙度值。按照表2中的5级标准建立误差齿轮模型,并在ANSYSApp中对齿轮输入摩擦因数为0.12,对其进行应力分析,分析结果如图所示。从图可以看出,误差模型的最大应力发生在已经啮合的3个齿上,尤其是刚刚产生啮合的内齿轮齿顶上,最大数值为239.9 MPa。按照表中的6级标准建立误差齿轮模型,并在ANSYSApp中对齿轮输入摩擦因数为0.14,对其进行应力分析,分析结果如图所示。从图可以看出,误差模型的最大应力发生在已经啮合的3个齿上,尤其是刚刚产生啮合的内齿轮齿顶上,最大数值为256.27 MPa。按照表中的7级标准建立误差齿轮模型,并在ANSYSApp中对齿轮输入摩擦因数为0.14,对其进行应力分析,分析结果如图所示。从图可以看出,误差模型的最大应力发生在刚刚产生啮合的内齿轮齿顶上,最大数值为265MPa。
      1)对比不同精度的误差齿轮,由数据可知,随着误差齿轮精度等级的增大,最大应力也随之增大,发生最大应力的部位在减小,说明齿轮接触应力随着齿轮精度对齿面接触应力的影响是正比例关系。   
      2)从图可以看出,最大应力点多数情况下出现在齿轮的齿顶部,也就是说,如果采用轮廓修形,将可以转移最大应力点,从而较大幅度地提高齿轮副的承载能力。


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