大模數(shù)漸開線直齒圓柱齒輪彎曲強度研究.pdf

1、大模數(shù)齒輪在重大工程裝備中的應用越來越多，而且齒輪模數(shù)也在不斷增大，如海洋鉆井平臺上齒輪模數(shù)已達135 mm。在國家標準GB3480-1997中，齒輪最大模數(shù)為50 mm，模數(shù)超過50 mm則無公式計算齒輪彎曲強度，而分析計算大模數(shù)齒輪輪齒的彎曲強度是保證傳動安全的前提。但是，目前對大模數(shù)齒輪彎曲強度的研究還比較少，因此研究大模數(shù)齒輪輪齒彎曲強度具有重要意義。 本論文基于齒輪嚙合原理，應用齒輪齒根彎曲應力解析法和有限元法，對模數(shù)

2、為lO～80mm的漸開線齒輪進行了彎曲強度分析。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)本文綜述了國內(nèi)外齒輪彎曲應力和變形的研究概況，著重介紹了利用材料力學方法、有限元方法對彎曲應力和變形進行研究的狀況。 (2)利用鄭州機械研究所開發(fā)的ZGCAD軟件計算齒輪輪齒的彎曲強度，并分析提出了彎曲強度計算方法中存在的一些問題。 (3)使用AutoLISP編程語言在AutoCAD平臺上實現(xiàn)了輪齒齒形的生成，并以此為基礎(chǔ)建立了

3、比較精確的輪齒三維模型。通過分析計算，確定了有限元模型的邊界范圍，完成了網(wǎng)格劃分；通過齒輪一齒條傳動單、雙齒嚙合區(qū)的劃分，確定了單齒嚙合區(qū)上界點的位置，并求出該位置處的載荷作用角，進而進行了輪齒彎曲強度的有限元分析計算。 (4)利用有限元分析軟件ANSYS對不同模數(shù)、不同齒數(shù)的漸開線圓柱齒輪在載荷作用于單齒嚙合區(qū)上界點時的應力進行了計算，比較分析了彎曲應力的有限元法計算值與常規(guī)解析法計算結(jié)果之間的差別及趨勢。 (5)將有

4、限元計算結(jié)果與GB計算結(jié)果進行對比分析，找出了模數(shù)、齒數(shù)對齒 根應力的影響規(guī)律。(6)在用應變片電測法對漸開線大模數(shù)齒輪進行彎曲強度試驗的基礎(chǔ)上，將試驗結(jié)果同有限元計算結(jié)果進行了對比分析。結(jié)果顯示：有限元分析結(jié)果與試驗結(jié)果基本上是吻合的。 (7)本文的分析研究工作可以得出如下主要結(jié)論： 1)GB計算結(jié)果與有限元計算結(jié)果比較接近，具有較好的一致性。當齒輪模數(shù)10mm≤m≤80mm和齒數(shù)17≤z≤50時，兩種計算結(jié)果

5、的相對誤差的絕對值均小于7％。 2)齒輪模數(shù)和齒數(shù)對兩種計算結(jié)果的相對誤差均有一定影響，相對比較而言，模數(shù)對相對誤差的影響較大些。 3)當齒輪模數(shù)m<30mm時，GB計算結(jié)果大于有限元計算結(jié)果；當齒輪模數(shù)m≥30mm時，GB計算結(jié)果小于有限元計算結(jié)果，而且模數(shù)越大，GB計算結(jié)果越小于有限元計算結(jié)果。 4)當模數(shù)一定時，隨著齒數(shù)的增大，GB計算結(jié)果與有限元計算結(jié)果的差值(即相對誤差，可正可負)逐漸增大。當相對誤差為

6、負時，隨著齒數(shù)的增大，相對誤差的絕對值逐漸減小；當相對誤差為正時，隨著齒數(shù)的增大，其絕對值逐漸增大。 5)雖然按國家標準GB3480-1997計算時要求模數(shù)m≤50mm，但由于模數(shù)m>50mm時兩種計算結(jié)果比較接近，即使當m=100mm時，GB計算結(jié)果比有限元計算結(jié)果也不會小10％，因此仍可用GB3480-1997標準計算m>50mm齒輪的齒根彎曲強度。當m>50mm時，建議根據(jù)模數(shù)大小把GB標準計算應力或許用安全系數(shù)加大5～1