基于ANSYS-LS-DYNA齿轮传动线外啮合冲击的研究.pdfVIP

振动与冲击 OF SHOCK Vol26 第26卷第9期 JOURNALVIBRATIONAND No92007 基于ANSYS／LS—DYNA的齿轮传动线外啮合冲击研究 唐进元1，刘欣‘，戴进 (1．中南大学机电工程学院，长沙410083；2湖南工业大学，株洲412000) 摘要：对ANSYS／LS—DYNA求解齿轮啮合冲击问题进行了研究，给出了齿轮啮合冲击碰撞数学模型及数值解 求解步骤与方法，进行了实例计算，基于ANSYS／LS—DYNA对齿轮啮人冲击过程进行了数值仿真，得出了冲击速度与冲 击力、齿宽与冲击力的数量关系，得到了较精确的冲击时问。研究表明ANSYSCLS—DYNA是研究齿轮啮合冲击问题的十 分有用的工具，为齿轮啮合冲击的研究提供了一种新方法与途径。 关键词：齿轮传动；ANSYS／LS—DYNA；线外啮合；冲击 41 中图分类号：THl32 文献标识码：A 由于轮齿的受载变形和加工误差，在轮齿啮合起 合冲击问题进行了研究，给出了齿轮啮合冲击碰撞数 始位置，齿轮在理论啮合线外发生啮合，产生啮人与啮 学模型及详细的求解步骤与方法，进行了实例计算，对 出冲击，也称为啮合冲击，研究表明啮合冲击是导致齿 冲击过程进行了仿真，得出了冲击速度与冲击力，齿宽 轮传动振动、噪声和点蚀破坏的主要原因之一“41。 与冲击力的数量关系，得到了较精确的冲击时间。本 国内外学者对齿轮线外啮合及其冲击问题做了许 多的研究，文献[1]把线外啮合列为齿轮传动振动与噪 问题的十分有用的工具。 声的三大原因之一；文献[2]对线外啮合与传递误差的 1齿轮啮合冲击的弹性冲击碰撞动力学模型 关系进行了研究，推导出了定量的计算公式；文献[3] 把传递误差作为齿轮振动噪声的激励源，研究了齿轮 1．1齿轮啮合冲击分析 动力学问题；文献[4—5]分析了线外啮合冲击与齿轮 在齿轮啮合过程中，一对理想齿轮正确啮合的条 点蚀破坏之间的关系；文献[6]研究了啮入冲击的动态 件是它们的法节相等，即^，=P。。但实际上由于存在 响应；文献[7]给出了基于机械动力学理论和能量守恒 轮齿误差和变形，使得P。。≠P。。这样，轮齿在啮人点 定律的线外啮合冲击力的计算公式；文献[8]研究了基 和啮出点会偏离理论啮合线，从而导致齿轮传动在啮 于线外啮人冲击速度的动载荷因子计算；文献[9]研究 合开始与结束时发生啮人与啮出冲击。 了通过降低啮入冲击速度减少传动噪声的设计与制造 研究表明，啮人冲击的影响明显比啮出冲击大”』。 问题。 我们主要讨论啮入冲击对齿轮强度的影响。当P。 齿轮啮合冲击时的初始速度已能精确计算”。9一， ％时，将产生啮入冲击(图1)。图中F点是一对无变 但对线外啮合的冲击力、冲击时间与相应的冲击应力 形理想齿轮传动的齿廓理论啮合起点，在该点进人啮 等问题尚缺少在连续体弹性动力学层面的深入研究， 台的轮齿沿接触线方向速度相等，传动交替平稳。由 齿轮啮合冲击问题的本质是连续体弹性体动力冲击碰 O， ∞’ 撞问题，目前的研究都把这一问题当成集中质量的碰 撞问题”。7-，冲击问题本身是一个强非线性问题，冲击 过程极其复杂，解析方法无法准确地求解这一问题。 ANSYS／LS—DYNA是求解冲击碰撞问题的有限元 数值分析软件，可用于齿轮啮合冲击问题的研究，它可 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，目前尚未 见有用ANSYS／LS—DYNA分析与求解齿轮啮合冲击问 题的文献，本文对使用ANSYS／LS-DYNA求解齿轮啮 基金项目：国家自然科学基金资助项目