基于ANSYS的ZA蝸桿傳動有限元分析.pdf

1、蝸桿傳動機(jī)構(gòu)作為一種典型的傳動機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動設(shè)計中對蝸輪蝸桿齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度、蝸桿變形和剛度校核都是以齒輪的計算公式為基礎(chǔ)推導(dǎo)出的近似公式，是在一定的假定條件下采用赫茲接觸理論進(jìn)行的，且認(rèn)為載荷沿接觸線上是均布的。對于瞬時接觸線為空間曲線的蝸桿傳動而言，用要求規(guī)則幾何形狀的赫茲接觸理論研究蝸桿副齒面接觸強(qiáng)度實為勉強(qiáng)，而認(rèn)為載荷沿接觸線均布只是為了簡化研究對象，并無理論依據(jù)[18]。此外，傳統(tǒng)的方法不能反

2、映出輪齒齒面接觸應(yīng)力的分布狀態(tài)。隨著電子計算機(jī)的發(fā)展和彈性力學(xué)有限元法的日益完善，為研究蝸桿傳動的承載能力提供了一個行之有效的方法。 本文以某新型艦載武器傳動系統(tǒng)中的ZA蝸桿傳動副為研究對象，利用有限元分析軟件ANSYS對ZA蝸桿傳動過程進(jìn)行了分析計算。主要完成了如下工作： 1、對ZA蝸桿、蝸輪的齒面方程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了整理，并在原數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上根據(jù)建模需要對蝸輪輪齒兩側(cè)齒面的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行了推導(dǎo)，以此作為建立ZA蝸桿

3、傳動模型的理論基礎(chǔ)。 2、對在CAD軟件中建立蝸桿傳動實體模型的方法進(jìn)行了研究.由于蝸桿蝸輪的齒面是一種復(fù)雜的空間曲面，利用近似的方法建立的模型存在理論誤差，不適合進(jìn)行有限元分析。本文根據(jù)計算機(jī)輔助幾何設(shè)計中的空間曲面造型理論中的B樣條方法，提出了一種基于雙三次B樣條插值曲面建立蝸輪輪齒齒面曲面模型的方法，根據(jù)此齒面模型在SolidWorks中建立了ZA蝸輪的實體模型，并對模型誤差進(jìn)行了分析計算。通過控制插值點陣的行數(shù)與列數(shù)，可

4、將插值誤差控制在所需的范圍之內(nèi)。 3、對在ANSYS環(huán)境下進(jìn)行面一面接觸分析的前處理過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述，根據(jù)實際情況對實體模型進(jìn)行了簡化。分析了ZA蝸桿傳動在同一負(fù)載下，蝸輪在轉(zhuǎn)動一個輪齒的周期內(nèi)的不同嚙合位置時的接觸狀態(tài)、接觸應(yīng)力、載荷分布情況，得出了在嚙合過程中載荷在嚙合齒間的分配比例。分析了在同一嚙合位置不同負(fù)載情況下的接觸應(yīng)力與變形情況。得出蝸輪齒面接觸應(yīng)力隨載荷變化的曲線，得到了蝸桿扭轉(zhuǎn)角隨輸入載荷變化的曲線。