高速齒輪溫度有限元分析及齒輪修形研究.pdf

1、高速齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中輪齒的溫度效應(yīng)對(duì)齒輪的傳動(dòng)性能、膠合失效及潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)操控有重要的影響，因此分析研究其溫度場(chǎng)規(guī)律及相關(guān)因素對(duì)溫度的影響規(guī)律有重要意義。高速齒輪溫度場(chǎng)引起較大的齒輪熱變形，在齒輪修形時(shí)分析考慮熱變形的影響十分必要。
　　本文建立了齒輪溫度有限元分析邊界條件的計(jì)算模型，應(yīng)用ANSYS對(duì)高速漸開線圓柱齒輪進(jìn)行溫度有限元分析，得到主、從動(dòng)輪輪齒溫度大小及分布規(guī)律：主、從動(dòng)輪輪齒本體溫度在齒根齒頂嚙入、嚙出區(qū)域的齒面

2、上均出現(xiàn)了峰值（80C左右），齒面上節(jié)線區(qū)域溫度較低，齒寬方向上溫度分布對(duì)稱，中部的溫度值高于齒輪兩端面。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了溫度有限元分析的可行性。
　　數(shù)量化地分析了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、齒寬、模數(shù)、齒輪箱空氣溫度和潤(rùn)滑油溫度、齒輪端面和嚙合面對(duì)流傳熱系數(shù)各因素對(duì)輪齒溫度的影響規(guī)律。輪齒齒面各處本體溫度隨轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的提高而升高，各點(diǎn)溫度增幅不均，隨著轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩提高，溫度增幅程度降低；齒寬增加各點(diǎn)本體溫度較均勻增加；模數(shù)改變帶來輪齒體積

3、、接觸壓力及傳熱系數(shù)的變化，多種因素的綜合作用導(dǎo)致輪齒本體溫度隨模數(shù)增加而先減后增；大轉(zhuǎn)矩或高轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、齒寬、模數(shù)對(duì)輪齒溫度的影響加?。惠嘄X齒面最大本體溫度隨齒輪箱空氣和潤(rùn)滑油溫度增減而做小幅增減，其變化不受轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩影響；齒輪端面和嚙合面的傳熱系數(shù)對(duì)輪齒齒面本體溫度影響程度較小，二者增加，齒輪齒面本體溫度降低，反之升高。
　　應(yīng)用ANSYS間接耦合法對(duì)齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)熱彈耦合分析，獲得主、從動(dòng)輪單齒嚙合區(qū)起止位置沿齒寬方向

4、不均勻的熱彈變形值，依此為依據(jù)確定齒輪最大修形量，確定齒廓修形三要素，對(duì)主動(dòng)輪進(jìn)行了齒廓修形設(shè)計(jì)。
　　應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA對(duì)修形前后的齒輪進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，得到修形前后的輪齒嚙合力曲線和嚙入嚙出時(shí)輪齒應(yīng)力分布，又對(duì)修形后齒輪進(jìn)行溫度有限元分析得到其輪齒本體溫度分布。由結(jié)果對(duì)比知：齒輪修形后，在嚙入嚙出時(shí)輪齒動(dòng)態(tài)嚙合力及輪齒應(yīng)力均降低，嚙入嚙出沖擊減小，力學(xué)性能改善；修形后，輪齒齒面兩個(gè)溫度峰值區(qū)域由齒頂和齒根區(qū)域向齒廓