基于接触动力学的螺旋锥齿轮动态啮合性能有限元分析研究

发布时间：2020-04-16 17:01

【摘要】： 螺旋锥齿轮作为机械装备中的动力与运动传递装置的关键零部件,广泛应用于汽车、航空、船舶等行业中,并朝着高速、重载的方向发展。螺旋锥齿轮的啮合接触冲击特性和动态接触性能的好坏严重影响其整机的工作性能。本文从螺旋锥齿轮的啮合原理、动力学基本理论以及实际工况等几个方面对螺旋锥齿轮动态啮合性能分析研究的必要性进行了讨论。螺旋锥齿轮动态啮合问题是一个边界条件高度非线性的接触动力学问题。本文根据接触动力学、显式非线性有限元的基本理论和方法,提出了考虑惯性载荷的螺旋锥齿轮动态啮合分析有限元模型,并对有限元网格模型进行了优化,为客观、准确地分析螺旋锥齿轮的动态啮合性能提供了必要的准备。研究表明,惯性载荷对螺旋锥齿轮动态啮合性能有显著影响。基于合理的有限元模型,对螺旋锥齿轮的啮合接触冲击特性和动态接触性能进行了深入研究。得到了螺旋锥齿轮动态啮合过程的啮合接触冲击曲线,以及齿面接触力、齿面接触应力、齿根弯曲应力和轮齿接触区等动态接触特性的变化规律。以转速和负载两个典型的工作条件因素为例,建立对比分析模型,研究转速和负载对螺旋锥齿轮动态啮合性能的影响。转速对螺旋锥齿轮动态啮合性能影响显著,而负载对螺旋锥齿轮的动态啮合性能影响则跟转速有关。研究文献表明,轴的变形对于螺旋锥齿轮强度有着明显的影响。意外的轴变形将造成严重的边缘载荷,将减少齿轮寿命,并产生噪音。因此,本文还研究了动态啮合过程中轴变形的变化规律,及其对螺旋锥齿轮动态啮合性能的影响。
【图文】：

主节点,从节点,位置关系,主面

2)接触一碰撞算法的有限元实现采用对称罚函数法，对任一个从节点n，的计算步骤如下:①搜索与它最靠近的主节点m、(如图2一2)，主节点m、周围的主片是51、凡、S:、凡O图2一2从节点与最近主节点的位置关系②检查与主节点m*有关的所有主片，确定从节点ns穿透主表面时可能接触的主片，如图2一3。若主节点代与从节点n、不重合，当满足以下条件时，从节点可能与主面尽接触。{(C，xs)· l(Cxs)xCi+l)>oxC*:)>o(2一3)代.(s式中，C和C+.是主面m、的两条边矢量;矢量S是矢量g在主面卜的投影，g为主节点指向从节点的矢量。

从节点,主节点,接触点

(2一4)讨击六(氛，叮·)·[‘一(氛，从)」=O式中，:为主面上任一点的位置矢量，如图2一4所示。汽汽，聆聆图2一4从节点与主片的关系④检查从节点是否穿透主片:若‘一:「‘一:(氛.，:.习<0，则表示穿透;若‘全0，则没有穿透，则不用作任何处理，，从节点n、的搜索结束。叹是接触点。(氛，叮。)处主片叹的外法线单位矢量。③若从节点执穿透主片凡，则在从节点从和接触点。(氛
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41

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