齿轮传动动力特性分析齿轮传动的力学特性对整个机械系统的性能有.doc

齿轮传动动力特性分析齿轮传动的力学特性对整个机械系统的性能有极大影响,因此,准确地掌握齿轮传动的力学特性,对于整个系统的优化设计、强度校核、故障诊断与预测试验结果起着很重要的作用。研究系统动态啮合力以及冲击作用下的动态响应,是齿轮系统动力学的重要研究内容。常规机械设计理论得到的齿轮啮合力是一个恒定力,与真实情况比相差较大。许多学者利用有限元法对齿轮载荷和应力以及冲击响应进行过研究[1~4],也有学者利用多体动力学理论对齿轮传动系统动态啮合力进行过研究[5],虽然这些研究方法对齿轮接触应力、轮齿变形以及啮合刚度的分析是有效的,也可以得出齿轮的啮合力[5~8],然而这些方法往往都是基于解析方法和简单的数值仿真,作了大量的简化,不能反映实际的情况,得不到整个啮合过程中的齿轮动态啮合力。而ANSYS/LS-DYNA提供的接触问题有限元数值法以及显示中心差分法在分析求解齿轮动态啮合特性方面有其独特的优点,可以处理结构形状、边界条件、载荷工况均很复杂的问题,也可以考虑传动误差和轮齿表面的摩擦,并且它有着完备的接触力计算方法。本文基于ANSYS/LS-DYNA建立了齿轮传动系统啮合接触的动力学特性的仿真模型,得到了轮齿响应节点的位移、速度和啮合力随时间变化的曲线。结合Matlab及齿轮啮合原理,得到了在不同转速条件下,齿轮动态传递误差曲线和不同摩擦条件下,齿轮动态传递误差曲线,以及不同转速和摩擦条件下的齿轮动态啮合力随时间变化的曲线。1齿轮传动动力特性数值仿真1模型建立利用Pro/E的参数化建模功能,可建立标准的直齿轮传动模型。其主要参数为:主从齿轮齿数Z=20,模数m=5mm,齿宽b=40mm。然后利用Pro/E与ANSYS的接口,把所建立的三维实体模型导入ANSYS/LS-DYNA进行分析。2选择单元对ANSYS/LS-DYNA中的齿轮传动模型,选用solid164和shell163单元。solid164单元是8节点六面体单元,它能节省机时并在大变形条件下增加可靠性。shell163单元是4节点四边形单元或3节点三角形单元。3设置实常数、材料属性对实体单元,不需要设置实常数,采用缺省算法。其材料属性选线弹性材料,物理参数为:弹性模量E=206GPa,泊松比M=,质量密度Q=7800kg/m3,对shell163单元,单元为均匀厚度,要定义节点1处的壳厚,,选S/RCo-rotationalHughes-Liu面内多积分点改进型单元算法。设置材料属性时需设置其平移和旋转约束参数,对两个齿轮均选用以下参数:TranslationalConstraintParameter-7(约束x,y和z位移),RotationalConstraintParameter-4(约束x和y向旋转)。4划分网格由于齿轮模型的不规则性,可采用sweep方式划分网格。其具体操作过程是:先用shell壳单元在齿轮的一个侧面上划分网格,然后再用solid164单元选择线弹性材料扫掠整个齿轮,最后在齿轮内圈用shell163选刚体材料划分网格即可。网格的模型如图1所示。5边界条件齿轮在啮合传动过程中,主动齿轮以一定转速转动,驱动从动齿轮运转。从动齿轮在阻力作用下达到平衡,对主动齿轮产生反力矩,两齿轮间通过轮齿接触传递转矩。本文采用的是刚体运动控制法,模拟齿轮副转速和转矩的传递。主