變速器主減速齒輪對有限元分析.pdf

1、變速器是汽車的重要部件,而處于常嚙合狀態(tài)的變速器主減速齒輪對,作為變速器的重要零件,它承受著汽車傳動的全部扭矩。同時因為汽車頻繁的換檔和車速變化,造成變速器主減速齒輪對的壽命縮短。主減速齒輪價格昂貴,不可隨意調(diào)換,制造精度比較高。而齒輪的承載能力主要受接觸強度和彎曲強度的限制,因此,對主減速齒輪副的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力進(jìn)行科學(xué)的分析,就顯得十分必要。
　　本文根據(jù)某企業(yè)提供的汽車手動變速器主減速齒輪對的結(jié)構(gòu)及機械性能參數(shù),實現(xiàn)了主減

2、速斜齒輪的三維參數(shù)化精確建模。盡管很多研究人員在有關(guān)CAD/CAM/CAE軟件上實現(xiàn)了“參數(shù)化”的斜齒輪建模,但這個“參數(shù)化”是在“事先手動參與”后的實現(xiàn)的“參數(shù)化”,并不是完全的全過程參數(shù)化。另外很多研究文獻(xiàn)忽略了齒輪根部的精確造型,而這是進(jìn)行輪齒根部彎曲強度有限元計算的重要前提。本文建立斜齒輪的完整的實用的數(shù)學(xué)模型,所謂“完整”,既包括漸開線齒廓,也包括過渡曲線齒廓;所謂“實用”,是指以齒厚中心線為對稱軸建立了齒廓的數(shù)學(xué)模型,這有利

3、于三維CAD建模。并基于APDL語言實現(xiàn)了斜齒輪的三維參數(shù)化精確建模。
　　本文對變速器在發(fā)動機最大輸出扭矩(變速器最大輸入扭矩)時,齒輪副的受載和約束情況進(jìn)行了分析,重點介紹了漸開線斜齒輪嚙合最惡加載線的定義,并根據(jù)此定義對變速器主減速齒輪副的最惡加載線進(jìn)行了計算,利用最惡加載線對齒輪施加載荷。求解計算后,分別對主動和從動齒輪的彎曲應(yīng)力分布狀況進(jìn)行了研究,得出齒輪中較危險彎曲應(yīng)力的位置,在實際的齒輪設(shè)計中可以作為理論參考,同時在

4、齒輪制造和熱處理過程中可以對彎曲應(yīng)力最大的地方考慮特殊處理,以增加齒輪的壽命和可靠性。傳統(tǒng)計算公式與有限元法算的結(jié)果相比較,計算公式得到的彎曲應(yīng)力值偏小些,說明工程中,按有限元法進(jìn)行設(shè)計和校核,是偏安全的。用有限元分析結(jié)果對彎曲強度進(jìn)行了校核,應(yīng)力最大值比材料彈性許用應(yīng)力小,得出齒輪彎曲強度儲備較大。這與主減速齒輪實際使用中很少發(fā)生彎曲折斷的結(jié)論是一致的。
　　本文為使齒輪副非線性接觸分析的計算速度加快,結(jié)果更精確,對齒輪副嚙合模

5、型做簡化,取大齒輪的四個齒和小齒輪的三個齒進(jìn)行接觸有限元分析。建立接觸對(指定接觸面和目標(biāo)面、創(chuàng)建目標(biāo)面和接觸面單元、調(diào)整接觸初始條件),計算在載荷和約束作用下的應(yīng)力值,得出直觀的齒輪副接觸面上接觸應(yīng)力變化云圖。從圖分析知等效接觸應(yīng)力最大值為929.6MPa,齒面接觸應(yīng)力成線形分布,即沿接觸線分布,分布不均,兩端靠近中間的位置接觸應(yīng)力相對較大,中間位置相對較小,最大的接觸應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)線附近靠近齒根處。分析得出的齒輪中較危險接觸應(yīng)力位置,

6、在實際的齒輪設(shè)計中可以作為理論參考,同時在齒輪制造和熱處理過程中可以對接觸應(yīng)力最大的地方考慮特殊處理,以增加齒輪的壽命和可靠性。與彎曲應(yīng)力計算結(jié)果比較分析相似,計算公式得到的接觸應(yīng)力值偏小些,說明工程中,按有限元法進(jìn)行設(shè)計和校核,是偏安全的。對接觸強度進(jìn)行了校核,其結(jié)果得到了合作企業(yè)的認(rèn)可,精度較高。
　　綜上所述,本文對MT21變速器主減速齒輪副的彎曲強度和接觸強度進(jìn)行了詳盡的分析,掌握了該齒輪副應(yīng)力分布,對強度進(jìn)行了校核,分析