基于ANSYS的齿轮接触问题研究
发表时间:2008-8-11  作者: 庞晓琛    来源: 万方数据
关键字: 齿轮 有限元分析 接触应力 非线性 

通过齿轮接触分析应用实例,分析了齿轮接触应力的分布和最大应力,介绍了CAXA电子图板齿轮建模和ANSYS接触分析的方法,对接触问题进行探讨,对在计算过程中可能影响收敛的因素:处理界面约束方法、摩擦模型、接触刚度、初始接触条件等的选择和模拟提出建议,通过算例说明了有限元分析在齿轮接触问题上的有效性,提出了齿轮接触的最大应力是在单齿接触时。

    1 传统理论分析齿轮间接触问题

    传统齿轮接触应力的计算公式是以2圆柱体接触的接触应力公式为基础,结合齿轮的参数导出的。1881年赫兹导出了2弹性圆柱体接触表面最大接触应力的计算公式

   

    以上公式基于如下假设:

    (1)2圆柱体为无限长、均质的、各向同性的弹性体;

    (2)变形后的接触面积与圆柱体表面积相比较是极其微小的;

    (3)作用力为静载荷,与接触面垂直,且沿圆柱体的长度方向均匀分布。

    由渐开线的性质可知,渐开线的曲率是变化的,因此,一对齿廓接触点的曲率半径是变化的,并且轮齿处在单齿和双齿啮合区所受载荷也不同,因而一对轮齿啮合时的接触应力随啮合点的位置变化而变化。

    实际计算中是以节点啮合为计算位置的,因为该位置计算方便,且接触应力也与最大点差别不大。从而得到齿轮的接触应力计算公式

    2 有限元理论分析

    对圆柱齿轮进行有限元分析时,首先要对齿轮进行力学模型并进行离散化处理,有限元模型的建立合理与否是影响接触边界迭代求解收敛的关键。现有的计算方法都是建立在某种假定接触区形状的基础上,按赫兹的接触理论进行求解,这与实际接触隋况有所不同。齿轮的瞬时接触区形状与压力分布是典型的接触非线性问题,有限元法可以很好地饵决。

    将2个弹性接触体分离成2个独立物体,根据弹性有限元理论,写出它们各自的有限元基本方程



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责任编辑:赵蔓