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1、2009年1月润滑与密封Jan12009第34卷第1期LUBRICATIONENGINEERINGVol134No113基于有限元方法的齿轮接触仿真分析张永栋谢小鹏廖钱生国丽冯伟(华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640)摘要:以齿轮接触为对象,推导了齿轮接触赫兹应力公式。利用ANSYS有限元分析软件对齿轮接触进行了仿真分析,并对有限元分析仿真值与推导公式的计算值进行了比较。结果表明,理论计算值和仿真值非常接近,表明采用AN2SYS有限元分析软件分析齿轮表面接触问题是可行的。关键词:齿轮;接触分析
2、;有限元法;赫兹公式中图分类号:TH132141文献标识码:A文章编号:0254-0150(2009)1-049-3GearContactSimulationBasedonFiniteElementMethodZhangYongdongXieXiaopengLiaoQianshengGuoLiFengWei(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering,SouthchinaUniversityofTechnology,GuangzhouGuangdong510640,Ch
3、ina)Abstract:Hertzstressformulaofgearcontactwasdeduced.FiniteelementanalysissoftwareANSYSwasusedtomakecontactanalysisofgear,thesimulationresultofthefiniteelementanalysiswascomparedwiththecalculatingresult.Itisfoundthatthesimulationresultandcalculatingresul
4、tareveryclose.ItisfeasibletoanalyzegearsurfacecontactbyusingANSYSfiniteelementanalysissoftware.Keywords:gear;contactanalysis;finiteelementmethod;Hertzformula[3]利用计算机仿真进行机械结构设计是现代制造领接触应力的分布情况和输出所需要的参数值。域的重要方法之一,其目的是优化产品结构,满足设广泛应用的渐开线齿轮轮廓是由直线在圆周上纯[1]计需求。齿轮结构
5、是现代机械传动机构中应用最广滚动时其上一点的轨迹得到,如图1所示。泛的形式。齿轮机构常处在高温、高脉动载荷及润滑建立啮合齿轮,设模数m=3、压力角α=20°、较差的工作环境,因而它是机器主要易损件之一。据齿数Z1、Z2为30、90、齿宽b=45mm。设参变量t统计,在齿轮传动机构中,80%的故障是齿轮故(取值范围从0变到1),渐开线方程如下:[2]障。因此,针对工作环境,合理设计齿轮结构、规Arc=(π×r×t)/2划应力分布是减少齿轮故障的重要途径。本文作者利x=r×cos(t×90)+Arc×sin(t
6、×90)用ANSYS建模并分析渐开线直齿圆柱齿轮应力分布,y=r×sin(t×90)-Arc×cos(t×90)同时比较仿真值与理论计算值。式中:r为基圆半径。1齿轮物理建模等间隔选取t点计算渐开线各点坐标,描点并依ANSYS是一款集结构、次连接得渐开线,将曲线镜像、移动,连接齿顶和齿热、流体、声场、电磁场根圆弧形成渐开线齿廓,阵列形成完整的齿轮模型。等分析于一体的大型通用依照此方法分布建立主动轮、从动轮,通过移动、旋有限元分析软件,已经广转完成两齿轮的定位和正确啮合,如图2所示。泛应用于现代工业的各个领域
7、。对于求解齿轮在静载作用下的变形、应力分布等问题,采用有限元法图1渐开线数学模型仿真分析具有比较好的适Fig1Themathematicmod2应性,亦能更真实地反映elofinvolute3基金项目:广东省汽车工程重点实验室项目(3007A03013).收稿日期:2008-07-28作者简介:张永栋(1983—),男,硕士研究生,研究领域:有图2齿轮接触模型限元仿真在内燃机领域的应用研究1E2mail:zhang1yongdong@Fig2Gearcontactmodelmail1scut1edu1cn1
8、50润滑与密封第34卷2齿轮有限元仿真向,约束节点所有自由度。用此方法无法旋转小齿轮模型创建完成后,ANSYS有限元接触分析步骤内表面节点坐标,需在小齿轮中心点建立局部柱坐标如图3所示。系(如图2所示),再将节点坐标系变为柱坐标,约为了计算方便,取束节点的径向自由度,即约束x轴,使其只能绕中心两齿轮为同种材料,定轴转动。同时在节点周向y轴施加一定载荷Fy:义其弹性模量为206Fy=T/(N×r)GPa,泊松比为0
