基于滾齒加工的圓柱齒輪嚙合仿真及疲勞分析.pdf

1、輕量化是當(dāng)前裝備制造業(yè)發(fā)展的一個重要方向，減速器作為各種機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)部件對整機(jī)的輕量化具有至關(guān)重要的作用。減速器的核心部件是齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其中以圓柱齒輪傳動應(yīng)用最為廣泛。要實(shí)現(xiàn)減速器的輕量化設(shè)計，必須實(shí)現(xiàn)圓柱齒輪傳動的嚙合仿真與疲勞分析。嚙合仿真與疲勞分析結(jié)果的可靠性取決于分析方法的正確性和模型精度。齒輪副的嚙合是非線性的，有限元瞬態(tài)嚙合分析可以有效解決非線性問題。齒輪的模型精度主要取決于齒面精度，它直接影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此齒面

2、精確建模是輕量化設(shè)計的前提。
　　滾齒加工具有加工連續(xù)、加工效率高的特點(diǎn)，是目前圓柱齒輪最常用的加工方式，本文針對圓柱齒輪輕量化設(shè)計問題，提出一種基于滾切加工原理的圓柱齒輪精確建模方法。首先根據(jù)空間嚙合原理，采用通用滾刀切削面參數(shù)方程推導(dǎo)了圓柱齒輪的通用齒面方程；選用阿基米德滾刀并建立刀庫，將標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù)代入通用齒面方程可獲得相應(yīng)切削面的參數(shù)方程；基于B樣條曲面插值原理實(shí)現(xiàn)了圓柱齒輪齒面的精確建模，建立簡化的圓柱齒輪單齒模型，映射

3、網(wǎng)格劃分后陣列獲取多齒模型，通過無側(cè)縫裝配建立齒輪副簡化有限元裝配模型。
　　瞬態(tài)嚙合分析是連續(xù)對多個嚙合位置進(jìn)行靜力學(xué)分析，是為了獲取齒輪的最大應(yīng)力而對輪齒副在嚙合過程中應(yīng)力變化歷程進(jìn)行研究的一種方法。本文利用 ANSYS軟件的仿真分析功能實(shí)現(xiàn)了對齒輪副的瞬態(tài)嚙合分析，通過仿真實(shí)例準(zhǔn)確模擬和獲取齒輪副在任意嚙合位置的應(yīng)力水平與嚙合特性；通過與其他建模方法對比分析表明，該方法能實(shí)現(xiàn)圓柱齒輪的精確建模，并且說明了該種建模方法的重要性

4、和必要性。
　　在滾切加工原理的基礎(chǔ)上，本文對不同加工要素對齒輪強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析。另外，基于滾齒加工原理對輪坯偏心安裝的滾齒加工過程及齒輪齒形變化進(jìn)行了研究。通過對偏心齒輪副的三個特殊位置及未偏心齒輪副的嚙合分析，來研究偏心距對齒輪強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，輪坯偏心安裝后任一嚙合位置的應(yīng)力水平較未偏心時都有所提高。
　　疲勞分析是對設(shè)計齒輪副能否達(dá)到設(shè)計疲勞壽命最直接的研究，通過獲取齒輪副的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞壽命曲線，對齒