基于接触有限元分析的渐开线齿轮齿廓修形的研究

发布时间：2020-07-17 12:04

【摘要】： 风力发电作为环保、经济型能源具有广泛应用前景。随着风力发电技术向大功率、高性能方向不断发展，风力发电设备设计与制造技术研究具有重要意义。本文以大重减速机厂引进的兆瓦级风力发电增速器齿轮传动系统为研究对象，基于渐开线齿轮啮合原理、轮齿接触分析及振动冲击理论，应用有限元计算方法，通过对风力发电增速器齿轮传动进行了接触仿真研究，实现渐开线齿轮齿廓修形设计。 首先，依据齿轮传动弹性啮合理论，在研究渐开线齿轮啮合传动特性及齿廓修形原理的基础上，提出了一种基于轮齿接触仿真实现渐开线齿轮齿廓修形设计的方法。 其次，在ANSYS中通过APDL编程建立斜齿轮三维参数化有限元模型，参数化建模可以方便的对齿轮模型进行控制和分割，达到六面体网格划分的目的，并实现网格密度的参数化控制。 然后，依据斜齿轮传动原理，建立齿轮接触分析有限元模型。本文以ANSYS有限元软件为基础，使用VB语言开发一套完整的齿轮接触有限元分析处理软件。应用该软件可以生成啮合过程中不同位置轮齿接触有限元模型，同时可以对模型进行齿廓修形操作。并利用分级剖分法(HR)，通过APDL编程实现接触区域六面体网格的细化。 最后，依据齿轮共轭啮合原理，分析理想弹性齿轮在载荷作用下轮齿变形规律，结合接触仿真结果，确定最佳齿廓修形量。并对直线修形和抛物线修形的修形效果进行分析比较，结果表明，抛物线修形有效的改善了轮齿接触区域的载荷分布，消除了应力集中现象，降低了由基节误差引起的轮齿干涉和冲击，证明本文采用的齿轮齿廓修形方案是可行的。 本文通过APDL语言实现齿轮造型-接触模拟-齿廓修形一体化过程，对进一步研究渐开线齿轮传动的动力性能和齿向修形都具有参考价值和指导意义。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH132.413
【图文】：

基于接触有限元分析的渐开线齿轮齿廓修形的研究为了减小网格的规模，在不影响计算精度的情况下，根据齿轮啮合重合度计算结果，齿轮保留5个轮齿，而且轮齿分割为接触一侧和非接触一侧。齿轮端面模型如图3.5所不。图3.5斜齿轮端面模型 Fig.3.5Transversemodelofheliealgear(2)划分斜齿轮端面网格ANSYS软件提供的MESH200单元是专门用于划分网格的辅助单元，它仅是用来划分网格的单元，而对计算结果毫无影响。MESHZoo单元可以与任意其他单元一起使用。它不具有自由度、材料属性和实常数，一旦不需要该单元时，可以删除或保留在模型中，不影响计算结果。MESH20O常常用于拖拉和扫掠网格划分中。本文采用拖拉生成斜齿轮有限元模型，所以选用MESHZoo用于斜齿轮端面网格划分。斜齿轮端面网格采用四边形单元划分(其中可能包含少数退化单元)，以便拖拉生成六面体单元。网格划分后斜齿轮端面有限

基于接触有限元分析的渐开线齿轮齿座燮型坚根据螺旋线方向和各个轴段长度，用拖拉(Extrude)命令生成斜齿轮和各个轴段体单元，生成的小齿轮有限元模型如图3.8、3.9所示Fig.3.8图 3.8FEA小齿轮有限元模型 modelofthesmallheliealgear图 3.9小齿轮有限元模型局部放人Fig.3.9 Partialenlargeddetailofthesmallgear’s FEAmodelFig.3图310大齿轮有限元模型 10FEAmodelofthebighelical图 3.11Fig.3.11人齿轮有限元模型局部放大 Partialenlargeddetailofthebiggear‘s FEAmodel一rj.一a月J一e门.一口﨑(4)齿轮副有限元模型的生成山相同的方法可以生成大齿轮的有限元模型如图3.10、3.11又可以生成齿轮副传动有限元模型，该模型没有实现轮齿啮合，所示。根据己知中心距只是把大小齿轮放置在

Fig.3.8图3.8FEA小齿轮有限元模型modelofthesmallheliealgear图3.9小齿轮有限元模型局部放人Fig.3.9Partialenlargeddetailofthesmallgear’sFEAmodelFig.3图310大齿轮有限元模型10FEAmodelofthebighelical图3.11Fig.3.11人齿轮有限元模型局部放大Partialenlargeddetailofthebiggear‘sFEAmodel一rj.一a月J一e门.一口﨑

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