高速齒輪溫度有限元分析及齒輪修形研究.pdf

1、高速齒輪運轉過程中輪齒的溫度效應對齒輪的傳動性能、膠合失效及潤滑冷卻系統(tǒng)的設計操控有重要的影響，因此分析研究其溫度場規(guī)律及相關因素對溫度的影響規(guī)律有重要意義。高速齒輪溫度場引起較大的齒輪熱變形，在齒輪修形時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算模型，應用ANSYS對高速漸開線圓柱齒輪進行溫度有限元分析，得到主、從動輪輪齒溫度大小及分布規(guī)律：主、從動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稱，中部的溫度值高于齒輪兩端面。與實驗結果的對比驗證了溫度有限元分析的可行性。
　　數(shù)量化地分析了轉速、轉矩、齒寬、模數(shù)、齒輪箱空氣溫度和潤滑油溫度、齒輪端面和嚙合面對流傳熱系數(shù)各因素對輪齒溫度的影響規(guī)律。輪齒齒面各處本體溫度隨轉速或轉矩的提高而升高，各點溫度增幅不均，隨著轉速或轉矩提高，溫度增幅程度降低；齒寬增加各點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致輪齒本體溫度隨模數(shù)增加而先減后增；大轉矩或高轉速下，轉速、轉矩、齒寬、模數(shù)對輪齒溫度的影響加劇；輪齒齒面最大本體溫度隨齒輪箱空氣和潤滑油溫度增減而做小幅增減，其變化不受轉速和轉矩影響；齒輪端面和嚙合面的傳熱系數(shù)對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。
　　應用ANSYS間接耦合法對齒輪進行結構熱彈耦合分析，獲得主、從動輪單齒嚙合區(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，對主動輪進行了齒廓修形設計。
　　應用ANSYS/LS-DYNA對修形前后的齒輪進行動態(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輪齒應力分布，又對修形后齒輪進行溫度有限元分析得到其輪齒本體溫度分布。由結果對比知：齒輪修形后，在嚙入嚙出時輪齒動態(tài)嚙合力及輪齒應力均降低，嚙入嚙出沖擊減小，力學性能改善；修形后，輪齒齒面兩個溫度峰值區(qū)域由齒頂和齒根區(qū)域向齒廓