外文翻译--计算直齿圆柱齿轮组合的扭转啮合刚度和二三维参数化有限元模型 中文版.doc

计算直齿圆柱齿轮组合的扭转啮合刚度和二、三维参数化有限元模型蒂莫kiekbusch1，丹尼尔贝尔恩德伊恩howard2sappok1sauer11凯撒斯劳滕大学研究院，机械零件，齿轮和变速器，德国2国立珀斯大学，机械工程系，澳大利亚扭转啮合刚度是一个最重要的特点，直齿轮。本文提出了详细的开发二维和三维有限元模型可用于计算扭转啮合刚度。利用参数化设计语言的有限元软件的模型提供了可能性产生各种不同的双圆柱齿轮和包括自适应网格算法的接触区。由于短时间计算的二维模型适合于模拟各种不同的齿轮副在很短的时间内。更复杂的三维模型特征选择在调查的齿面修改的进一步研究。由此产生的价值的抗扭刚度，可用于例如多体模拟变速箱。结果从二维有限元分析是用来得出一个简单的公式，结合抗扭刚度的直齿圆柱齿轮啮合。结果是根据个别刚度的三个主要组成部分身体，牙齿和接触。因此，介绍了公式使用这三部分确定的总体刚度的各种齿轮和齿轮比组合。最后，结果从二维和三维有限元模型和推导的公式进行比较，结果从三维模型是对检查结果的分析方程。©2011机械工程学报。保留所有权利。关键词：动态模拟齿轮，直齿轮，有限元模型，扭转啮合刚度，接触刚度0简介齿轮是一个重要组成部分的许多不同种类的旋转机械，他们往往是一个关键的部分功能的机械。有很多的尝试，近年来理解和描述的过程中啮合直齿轮。由于啮合过程中是非常复杂和困难的描述，有限元分析方法的选择研究的基本关系。本文所采用的方式确定刚度马刺齿轮啮合的发展是一个有限元模型的完整的齿轮装置。最近的研究就这一议题14表明，这些模型产生最好的结果相比，单齿模型或部分齿轮模型。随着计算机硬件和软件的进步，与这些复杂的模型是可行的。1有限元模型在下面的章节中发展的二维和三维有限元模型描述。这涉及到完全参数化建立齿轮形状，啮合仿真过程包括自适应网格划分。1.1个二维有限元模型全参数化apdl-scripts（参数化设计语言）是用来描述几何的齿轮和控制过程的仿真。第一步是生成的几何组成的线和地区，这在下一个步骤是一个比较粗fe-mesh啮合。其结果是一个有限元模型的齿轮和齿轮如图1所示图一图二a）b）的过程中创造各种不同的齿轮对自动化与强大的设计语言分析。在不改变模型本身的许多参数如模数，齿轴的半径等，可以很容易地更改为所有参数中提供的数据输入文件。本文件中加载预处理。当小齿轮和齿轮之间的接触是最重要和关键的部分齿轮模拟描述齿渐开线和脚需要尽可能高的精度在建模过程。因此，几何细节产生的使用非常高的一些要点。这些点的位置的计算方法的基础上的数据输入文件。其主要连接花键代表纲要的牙齿几何。后加入齿轮机构的啮合的地区建立一个粗网格。该模型（见图1）为基础，下一个步骤的建模过程，即网格的接触点（）。这一改进是使用另一个apdl-script。结果如图2所示。这个脚本也增加了限制，接触元素和不同的转矩负载的模型，解决和后处理工作。限制使用的模式如下：齿轮中心是完全由运动约束；节点在轮毂的齿轮可围绕旋转中心的小齿轮。适用的扭矩使用武力的每个节点上的驱动齿轮的轮毂，添加到指定的扭矩。准静态模拟方法是用来确定的啮合刚度。这意味着，刚度的计算在几个不同的角位置的齿轮。因此，齿轮被旋转到相应的位置，在模型的求解。在每一个卷角接触点（拧）变化使网格细化的接触点（拧）需要适应性remesh算法，考虑到实际接触情况。在自动处理的结果提取模型：组合的扭转啮合刚度，变形体，牙齿和接触带两个小齿轮和齿轮。这一数据写入到一个文本文件进行进一步的处理。在分析齿轮的齿形误差或修正，最初的差距之间可以发生。为了创造一个非常灵活的模型，可用于进一步的研究，该模型的建立能够解决的问题，包括初始间隙啮合齿之间。一个典型的静态有限元模型无法解决的某些部分模型没有足够的限制的劲度矩阵奇异5。这可能发生，例如，如果接触是最初没有封闭，在这种情况下可以旋转的齿轮一小角，没有任何抵抗或刚度。避免刚体运动，弱弹簧连接到齿轮。这个刚度小，防止意外旋转运动。这是只用于初始步长与一个很小的扭矩让齿轮接触。当实际负载扭矩应用，春季是禁用使用出生/死亡因素的指挥6。这种方法可以处理较大的差距（刚体运动）比自动调整，往往是使用默认。1.2个三维有限元模型也有一些限制，当使用一二个三维有限元模型分析直齿轮啮合。例如模拟斜齿轮齿面修改或应用在旋转方向轴的齿轮一样，加冕或角矫正是不可能的。通过使用一三个三维有限元模型，这些限制可以规避。此外，影响失调之间的旋转轴的齿轮以及轴中心距的变化对啮合刚度进行调查。缺点一三维与一二维模型的复杂度高和硬件要求以及计算时间。为克服这一限制，给出了二维模型的一三维有限元模型建立在后者的开发。又是一个完全参数化方法被用来创造形状的齿轮和初始粗网格。此外，该模型的目的是支持建模和应用螺旋齿轮齿面修改的进一步研究。创建齿轮，每个齿轮切割成多个层沿旋转轴线。每一层，二维形状的齿轮是仿照关键点相连接的直道，圆弧样条。齿渐开线和根的描述与大量的要点，提供了非常高的精度在二维模型。由于每个二维形状的齿轮是建立独立，牙齿的形状可以改变沿旋转轴线。本程序是一个先决条件，新型螺旋齿轮和适用于上述提到的齿面修改。只有牙齿，参与了一个啮合周期创建为每个齿轮。周围的牙齿只有一个附属对啮合刚度但需求量较高的元素，从而导致更高的计算时间和硬件要求。齿轮机构完全仿照。在建模过程中的齿轮完全啮合采用映射网格六面体元素。在这个阶段，网格中的接触面积，是在齿面上的负载侧的齿，较粗网格之间的过渡体毗邻地区仿照齿和其他齿轮机构用于减少元件数量。一个完全啮合齿轮对图3所示。图3较细的网格需要精确模拟非线性接触变形之间的齿面。有2个选择完善网格在该地区的联系，在模拟过程。第一个是自适应细化网格的位置（拧）的齿面接触（）发生。二是完善完整的齿面上的负载侧的齿。图4显示了网格啮合角的第一选择。建模过程中生成一个模型的数据库文件和参数文件，它包括所有必要的参数。这些文件是由一个apdl-script中的边界条件和建立接触单元，求解过程开始和最后一个完全自动化的处理是进行。为了接近最初的差距之间的齿面和避免刚体运动，使用一个小的刚度弹簧连接到驱动齿轮的中心是通过从二维模型。这个程序的扩展与计算方法的弹簧刚度和初始转矩负载根据实际间隙。从而大量仿真步骤关闭初始间隙可以减少到最低限度，从而减少模拟时间。