齒輪有限元接觸分析精確建模及傳動(dòng)精度研究.pdf

1、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械系統(tǒng)中的核心部分，其傳動(dòng)質(zhì)量決定著整個(gè)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了提高傳動(dòng)系統(tǒng)精度，必須掌握齒輪彈性及偏差對(duì)傳動(dòng)精度的影響規(guī)律。有限元方法不失為接觸分析的有效方法之一，然而現(xiàn)有的網(wǎng)格劃分方法已不能滿足高精密齒輪傳動(dòng)分析的要求。為此，本文提出一種基于輪齒瞬時(shí)接觸線的網(wǎng)格劃分方法，并基于該方法建立的齒輪接觸精度模型，分析了齒輪彈性變形及偏差對(duì)傳動(dòng)精度的影響。
　　本文根據(jù)漸開線齒輪幾何學(xué)知識(shí)，把輪齒端面廓形劃分為過(guò)渡曲線、

2、漸開線、齒頂圓、齒根圓四個(gè)部分。通過(guò)模擬齒條型刀具范成法加工齒輪的過(guò)程求解過(guò)渡曲線方程，根據(jù)漸開線、齒頂圓及齒根圓各部分方程，精確求解各部分廓形。介紹了螺旋面的形成方法，為直齒輪、斜齒輪幾何模型的建立奠定基礎(chǔ)。提出一對(duì)直齒輪的齒廓面的接觸分析網(wǎng)格劃分方法，以齒輪端面廓形為基礎(chǔ)，求解基于任意給定轉(zhuǎn)角的直齒輪瞬時(shí)接觸點(diǎn)，并對(duì)靠近齒頂點(diǎn)、齒根點(diǎn)的瞬時(shí)接觸點(diǎn)進(jìn)行“融合”處理;沿直齒輪軸向離散節(jié)點(diǎn)，編程識(shí)別單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)連元法建立齒輪初級(jí)

3、模型。采用分級(jí)剖分的方式對(duì)接觸區(qū)進(jìn)行細(xì)化，建立多點(diǎn)約束方程過(guò)渡疏密不同的網(wǎng)格邊界，完成建立直齒輪有限元接觸模型。提出了一對(duì)斜齒輪的分區(qū)網(wǎng)格劃分方法，按照瞬時(shí)接觸線與垂直于軸向各截面交點(diǎn)離散齒廓面節(jié)點(diǎn)，編程識(shí)別單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確定六面體單元、五面體單元出現(xiàn)的位置。采用節(jié)點(diǎn)連元法，按照已識(shí)別出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)連接成單元，形成斜齒輪初級(jí)模型。在接觸區(qū)，重新生成細(xì)化節(jié)點(diǎn)，分區(qū)域重新識(shí)別其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并通過(guò)節(jié)點(diǎn)連元法按照單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重新構(gòu)建單元，將

4、邊界進(jìn)行耦合處理，完成斜齒輪有限元模型的建立。以節(jié)點(diǎn)移動(dòng)及齒輪整體移動(dòng)的方式將誤差嵌入到有限元模型中，編程實(shí)現(xiàn)誤差齒輪模型。針對(duì)已建立的齒輪接觸精度模型，識(shí)別接觸區(qū)域齒廓節(jié)點(diǎn)，在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)處通過(guò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)增量修正程序嵌入齒廓偏差、齒距偏差;通過(guò)齒輪整體的方式嵌入偏心誤差;以彈簧單元等效支承件的剛度。分別將4～8級(jí)精度齒輪誤差及不同剛度的彈簧單元嵌入模型中，分析不同精度齒輪誤差及支承件剛度大小對(duì)傳動(dòng)精度的影響規(guī)律，研究結(jié)果將對(duì)精密齒輪的傳動(dòng)設(shè)