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齿轮载荷分布的详细分析 关键词：行星齿轮，齿轮设计，齿轮组的优化，负载分布分析，动力传递，风力发电厂，风力涡轮机，矿用自卸车，工业解决方案 摘要 齿轮的计算尤其是行星轮，只能在整个传动系统和所有与其相关的机器元件的影响下进行分析。在这种情况下，齿轮是机器元件中最重要的元件，需要在真实条件下考虑其相互作用，并在安全尺寸内对机器元件进行载荷的标准计算。但这样需要延伸到对载荷分布、侧压力、齿根应力、传动误差和接触温度的分析。 引言 对于承受高压的轮齿的尺寸计算，载荷的分布和齿面的修正是主要任务。类似的问题出现在轮齿损坏和整个齿轮的失效的情况中。虽然有大量的标准直齿圆柱齿轮ISO6336的计算标准，但是仍需要有依靠强大的计算软件，该软件能反映更精确的接触面积处每一个点的力与变形关系。原因是背离的共轭直齿圆柱齿轮和行星齿轮的齿轮齿圈。由于直齿轮和行星齿轮从齿轮啮合共轭到分散的原因。齿形的高度和宽度经常被修正。通过这些修正，由负载引起的齿形的变形和齿形的错误，箱体空的位置误差和轴承间隙都可以得到补偿。同时齿轮噪音和负载能力也会得到改善。 形变分析在行星齿轮级的载荷分布是比在圆柱齿轮级更复杂的任务。轮体变形以及相邻结构和行星架不能用解析方式有效的计算，这需要与有限元计算或扩展模型方法研究。有了详细的载荷分布分析软件，所有必要的计算行星齿轮的负载的分析可以整合在一起。齿轮和行星架的变形是确定与自动生成有限元网格后用于载荷分布计算。MDESIGN LVR软件适合于直齿轮、斜齿轮、人字齿轮的载荷分布计算。因此适用于接触面积的分析。尽管所用模型的高分辨率的粗糙的离散化，但可以看到计算时间很快。负载、压力、牙根应力分布和宽负载因子都可以得出，如图1所示。 图1 不良的载荷分布 此外，程序给出如何修改为一个均衡的负载分布的齿形，如图2所示。 图2 良好的负载分布 为了以有效的方式解决这一切计算任务，有必要安装计算软件。为了减少必要的输入以至最低，不可或缺的需要具有高自由度连接的单计算模块。为了减少必要的投入单计算模块之间的高度连接必不可少的，如齿轮的设计、计算依据、标准、载荷分布分析等。任务会在后台用计算内核和统一的接口连接。所以一个快速和安全的机械元件的尺寸和计算，齿轮和整个传动系统是可能的。可以使用实际负载假设来优化啮合、轴、轴承和螺栓。在产品生命周期的早期点使用这种计算软件，你可以得到安全报表，而不是制造原型。这样的计算方法，不能完全代替测量活动和试运行，但可以关掉不必要的迭代。 大型齿轮箱的应用 本文中描述的变速箱大多用于重型驱动列车，特殊目的的机械和在风电站，如图3所示。所有这些操作区域的特点是负载动荡和不稳定，不确定的边界条件，在某些情况下有非常高负荷的高峰。 图3 风力发电站 对于风机中的风，启动和停止过程中的动态输入参数是最重要的。并且是负载条件下的最大不确定因素，和磨机中的流体材料而言是同样的道理，如图4所示。 图5 水泥磨机 一个非常特殊的案例是研究输出功率高达700千瓦和循环载荷在露天开采的采矿车的传动系统。 在所有这些操作功能中对设计，优化和计算驱动系统有很高的要求，尤其是变速箱。 图5 矿用卡车 另一个例子是一个具有高输出功率和循环载荷的大型变速箱是如图6所示的铸造起重机。 图6 铸造起重机 载荷分布的基础 在齿面接触载荷是通过对齿宽和载荷分布不均引起的。载荷分布的计算方法是基于使用变形的影响数，如图7所示。 图7 影响系数的原理 这种解算算法是利用影响系数来计算载荷分布的最有效的方法。载荷分布的质量取决于正交平面的数量和影响系数的准确性。 通用的系统方程：方程（1）解决的是负载单力Fi的形式分布。 (1) 开始时计算矢量的完整齿变形和力向量F是未知的。只有通过迭代该系统方程才能解决。因此完整的齿变形是多样的，已知单力Fi的总和完整的轮齿法向力相等，见公式2。 （2） 的计算已经通过其他作者完成。在系数矩阵A中，已知的变形系数被集中。影响系数被应用到实验或数值方法的计算。对于一个齿轮副系数可以被正反轮齿的形变数值的总和替代，见公式3。 （3） 系数和是轮齿1与轮齿2的重要参数。向量fz包含合成完整的齿变形。由于在平面i和每个点接触的位置有相同的值，对于的所有元素服从公式4。 （4） （5） 一个齿轮副的完整的齿变形由载荷引起，并且导致了齿轮传动的误差。简单地说，只有在接触线上发生的接触的形变才是来自齿轮与齿条的的弹性形变与，见公式5。 最简单的方法，接触线的偏差由设计的侧面存在的的偏差组成，并最终修改完成。在没有负载的点接触的情况下，接触线的偏差计算是常数初始值求解完整的系统