齿轮承载能力相关系数的数值仿真分析

发布时间：2017-11-22 10:31

本文关键词：齿轮承载能力相关系数的数值仿真分析

【摘要】：经典的齿轮啮合强度计算方法显示齿间载衙分配系数Kα、齿向载荷分布系数Kβ的计算粗糙,对齿轮因受载变形等因素所带来的影响做了较多简化,这会导致理论计算结果的偏差和对齿轮实际承载能力的估计不足。而现代的数值仿真可以做受载变形与承载能力的理论研究和分析,因此本文基于齿轮啮合原理,运用数值模拟方法对渐开线直齿圆柱齿轮的载荷修正系数Kα、Kβ展开理论研究分析,目的是探索更为精确的Kα、Kβ值,从而提高齿轮传动承载能力的计算精确度。运用Pro/E软件建立了渐开线直齿圆柱齿轮装配体的参数化模型,并使用ANSYS Workbench有限元软件按照齿轮啮合的工况,设定了边界条件,进行了系列齿轮接触力学的数值模拟实验。运用赫兹接触理论,研究了齿轮啮合过程的齿面接触应力的变化规律。对比了数值模拟和经典理论计算的差异,从而推断数值模拟分析的合理性。进一步分析得到了齿轮啮合过程中的一些基本规律,为齿轮载荷修正系数Kα、Kβ的准确计算提供了基础。通过数值模拟研究发现：(1)材料弹性模量对齿宽方向上的载荷分布影响不太明显,但齿间载荷分配系数Kα会随着弹性模量的减小而减小：(2)材料泊松比对齿向应力分布影响较明显,泊松比越大会使齿间载荷分配越不均匀；(3)齿宽过小或过大,都容易导致载荷在轮齿间的分配突变,且齿宽越大,双齿与单齿啮合区交替的冲击力越大：(4)随着转矩的增大,应力分布越不均匀；当转矩过小时,对载荷分配不利：(5)在齿轮齿向载荷分布系数的计算中可忽略摩擦因素的影响；当摩擦系数小于0.1时,齿间载荷分配系数Kα随着摩擦系数的增大而减小,当摩擦系数大于0.1时,齿间载荷分配系数Kα随着摩擦系数的增大而增大。本文分析比较了材料刚度、齿宽、载荷、摩擦系数等因素对Kα、Kβ值的影响,并得出各个因素对轮齿载荷分配率、齿宽面上的应力分布的影响规律曲线。根据所得数据,采用Visual Basic6.0编制了计算渐开线直齿轮Kα、Kβ的程序。程序能够计入各个影响因素的影响程度,计算出Kα、Kβ系数,提高了计算效率和准确度。数值仿真结果与经典理论计算结果对比表明,有限元的数值分析可以综合多种因素的耦合影响,可以更细致地分析各啮合状态的啮合、形变和载荷情况,可以进行精确的承载能力分析。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 黄微,陈艳丽,张丽娟;修形齿轮弯曲强度的计算与实验研究[J];鞍山钢铁学院学报;2000年03期

2 Andrzej kawalec;Jerzy Wiktor;Dariusz Ceglarek;;应用有限元法(FEM)验证在直齿轮和斜齿轮内采用ISO和AGMA标准的齿根强度的比较分析[J];传动技术;2007年02期

3 梁桂明;齿轮技术的创新和发展趋势[J];中国工程科学;2000年03期

4 王飞;;关于ISO6336-2006中系数K_(Hβ)的计算及其在齿轮强度计算中的几点提示[J];传动技术;2012年03期

5 杨生华;齿轮接触有限元分析[J];计算力学学报;2003年02期

6 李杰;张磊;于少春;赵强;秦春红;;齿轮载荷修正系数计算方法的研究[J];机械设计与制造;2012年02期

7 冯守卫,张伟社,王守宇,张伟中;齿轮齿面接触应力计算中曲率系数的再商榷[J];机械传动;2004年02期

8 包家汉,张玉华,薛家国;齿轮啮合过程齿间载荷分配的有限元分析[J];机械传动;2004年05期

9 张伟社,武小娟,冯守卫;齿轮端面载荷分配系数分析计算[J];机械传动;2005年02期

10 冯守卫,王守宇,张伟社,张娟,濮良贵,方宗德;齿轮齿根应力轮齿挠度啮合刚度和端面载荷系数的研究[J];机械传动;2005年03期