直齿锥齿轮刚度在ANSYS中的有限元分析

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1、第11卷第4期安徽职业技术学院学报Vo1．11No．42012年12月JOURNALOFANHUIVOCATIONALTECHNICALCOLLEGEDec．2012直齿锥齿轮刚度在ANSYS中的有限元分析王龙宝(芜湖信息技术职业学院，安徽芜湖241003)摘要：运用ANSYS软件对直齿锥齿轮刚度进行有限元分析，确定了直齿锥齿轮刚度的影响因素及规律性，同时将其有限元计算值与其理论计算值进行比较。结果表明：直齿锥齿轮刚度理论计算值与理论计算值偏差随着锥角的增大而增大。关键词：直齿锥齿轮；有限元分析；啮合刚度中图分类号：

2、TH132．41文献标识码：A文章编号：1672—9536(2012)04—0001—03Abstract~ByusingFEMandFEAsoftwareANSYS，thefiniteelementanalysesofstraightbevelgearsmeshingstiffnessaremade．Theinfluencingfactorsandregularityofstraightbeve1gearsmes-hingstiffnessareconfirmed．Meanwhile，allthenumerical

3、calculationresultshavebeencomparedwiththeirtheoreticalcalculationresults．Fromtheresults，theconclusionscanbeobtainedasfollow：whenthereferenceconeangleincreases，theerrorbetweenthemwillincrease．Keywords：straightbevelgear；FEA：meshingstiffness齿轮啮合刚度对于齿轮传动的动力学性能齿的刚度定

4、义，采用当前通用的对齿轮刚度的定有着明显影响[1]。在齿轮传动的振动中，啮合义，将直齿圆锥齿轮在任一啮合点的单齿刚度作刚度的时变特性是齿轮传动系统一种主要的动如下描述：态激励源，将会引起系统的动态响应[3I4_。轮齿单位齿宽的直齿圆锥齿轮在啮合点处的齿线变形与啮合刚度随啮合位置变化规律的研究是方向的法向载荷与在该齿线方向上平均变形量的轮齿修形、动态特性、故障诊断以及寿命预测等比值。其数学描述如下：研究的基础l_5]。因此，有必要对直齿锥齿轮刚C一b告(N／mm·Urn)(1)8度进行有限元分析，确定其刚度的影响因素及

5、其规律性。式中：C表示锥齿轮的单齿刚度；表示法向载荷；6表示锥齿轮的齿宽；表示锥齿轮在啮合1直齿锥齿轮刚度概念的分析点处的齿线方向上的平均变形量。由于锥齿轮接触有点接触的，有长接触的(全2直齿锥齿轮刚度的有限元分析齿宽)，有短接触的，有宽接触的，有窄接触等，大小和位置都不易确定。因此，在本文中，用齿面接2．1直齿锥齿轮的有限元模型触线(全齿宽)上轮齿变形的平均值，来作为法向2．1．1直齿锥齿轮的三维建模载荷的变形量。参考日本机械学会等_6]对齿轮轮由于锥齿轮结构比较复杂，要是直接在有限收稿日期：2012—10—11基

6、金项目：省级自然科学研究项目(KJ2010B275)；省优秀青年人才基金项目(2011SQRL199)作者简介：王龙宝(1978一)，男，安徽安庆人，芜湖信息技术职业学院讲师，硕士，研究方向：机械设计与制造及电气控制与PLC。第4期王龙宝：直齿锥齿轮刚度在ANSYS中的有限元分析3认为这一、两个节点的位移值不正确；需要舍去这些节点的位移值。按上述方法，求得其法向位移量的平均值为1．8602um。车量在以上求解的法向变形结果中，包括了载埘荷作用线处的接触变形，因此需要将其在结果嘉噩中除去。按照前面介绍的方法，在原有的有

7、限元模型基础之上，再约束齿根处和所加载荷齿面的相对齿面。其约束示意图如图1(d)所示，然后保存再求解。同样，需要对求得的结果数图2理论计算与数值计算比较据进行一些处理。求得其法向位移量的平均值为0．3552Fm。因此，除去接触变形后的法向变5结论形为1．505,urn。(1)详细介绍了直齿锥齿轮刚度在ANSYS由锥齿轮单齿刚度定义公式(1)，可以求得锥中有限元分析过程。齿轮在齿顶线处的单齿刚度为：c===≈(2)锥齿轮({≤舡≤)刚度随着节锥角、9．9446N／mm·Fm。模数、齿宽、齿数增大而增大。在节锥角、模数、

8、齿4直齿锥齿轮刚度影响因素分析宽三因素中，节锥角的影响最大，模数次之，齿宽影响最弱。由于有限元分析耗时多，对计算机的配置要(3)直齿锥齿轮单齿刚度理论计算值与数值求高，占用系统资源大，因此，以小锥齿轮为研究计算值偏差明显，特别在锥角较大时，偏差更大。对象。参考机械设计手册第35篇齿轮传动等参考参考文献：资料[7]，共安排四个试验对象。其参数如表