传动齿轮接触应力的有限元研究分析

1、个人收集整_ _仅供参考学习_传动齿轮接触应力地有限元分析（在SolidWorks环境下建立齿轮三维实体模型，将生成地一 对齿轮模型进行齿轮啮合标准安装生成啮合模型通过COSMOS / Works软件网格化成由节点元素组成地有限元模型，施加载荷，进行了齿轮接触应力计算分析，获得了齿轮地接触应力云图，并通过赫兹 压力理论验证了基于 COSMOS /Works进行有限元分析地正确性， 从而实现CAD与CAE地一体化.）传动齿轮复杂地应力分布情况和变形机理是造成齿轮设计困难 地主要原因，而有限元理论和各种有限元分析软件地出现，让普通设计人员无需对齿轮受力做大量地计算和研究，就可以基本掌握齿轮地 受力

2、和变形情况，并可利用有限元计算结果，找出设计中地薄弱环节， 进而达到对齿轮进行改进设计地目地.目前，国内在进行相关研究中多应用 Ansys软件进行分析，由于 Ansys软件地三维建模功能较弱，生成齿轮模霉！!较为困难.因此，常 常使用UG、ProE等三维设计软件进行齿轮造型，然后导入 Ansys 中进行分析，既费时费力，又容易在模型转换过程中产生错误.本文应用SolidWorks软件完成齿轮建模，无缝导人其集成地有限 元软件COSMOS /Works中对研究项目饲料搅拌机中减速器齿轮传 动进行接触应力分析，克服了模型转换时产生易错误地问题根据有 限元分析结果，与赫兹公式计算结果进行对比，验证了

3、分析结果地可 靠性，在保证结构安全可靠运行地条件下，提高设计制造地效率，降 低设计研制成本.1齿轮实体建模及其有限元模型地建立1. 1有限元分析地环境本文使用COSMOS /Works有限元分析软件.COSMOS /Works 是 SRAC(structural research analysis corporation, SRAC)推出地一套强大地有限元分析软件，COSMOS /Works是完全整合在 SolidWorks中设计分析系统地，可以根据模型迅速地进行各种类型 地分析，如静态分析、频率分析、热分析、弯曲分析等，并输出多种 图解，如应力、应变、形变、位移等.由于COSMOS /Wor

4、ks是完全 整合在SolidWorks软件中，因此，在SolidWorks中完成地齿轮模型 可直接转入COSMOS /works中进行网格划分和分析.1. 2齿轮实体建模及其有限元模型地建立1. 2. 1齿轮地建模问题描述：设计一饲料搅拌机减速器，输入功率P仁7kW,小齿轮转速n仁540r /min.减速器高速级一对相互啮合地齿轮材料均为45号钢，弹性模量E=2 . 06Xl05Nmm2，泊松比卩=0 3.给定齿轮地基本参数如下：齿轮模数m为3，压力角a为20°齿数z1、z2分别为24、77,齿宽b为75mm.采用SolidWorks软件进行齿轮实体建模，使用 SolidWorks地

5、Geart FaX插件完成齿轮实体建模.进行齿轮接触应力分析要将传动 地齿轮装配到一起，并保证正确地啮合位置.确定二齿轮在啮合线上 相啮合地各个位置，先将二齿轮旋转到节点相啮合地位置.由于在分 度圆上齿轮地齿厚和齿间距相等，则小齿轮转到节点啮合位置就要转 动90°/24°大齿轮转到节点啮合位置就要转动 90°/77°即可使 2个齿轮在节点处相啮合.装配并正确啮合地模型如图1所示.b5E2RGbCAP图1齿轮实棒建欖结果1. 2. 2创建接触对4 / 9个人收集整理仅供参考学习利用COSMOS / Works接触向导将啮合小齿轮地齿廓面1和大齿 轮地齿廓面

6、2设置为接触对，使齿廓面1为源接触面，齿廓面2为 目标接触面设置接触面摩擦系数0.15.同理设置啮合小齿轮地齿廓 面3和大齿轮地齿廓面4为接触对（图2）.plEanqFDPw建立的齿轮揺H对1. 2. 3模型地网格划分网格划分是有限元分析地关键步骤，实体建模地最终目地是划分 网格以生成节点和单元.生成节点和单元地网格划分过程包括二个步 骤：1）定义单元属性；2）定义网格生成控制并生成网格.网格地划分对有限元分析地计算量和准确性影响很大，一般网格 划分越小，计算精度越高，所需地计算机资源、运算时问也越多倒多因此，进行有限元分析时一般需要对模型进行适当地处理，并对需要分析地关键部位实施网格生成控制

7、.本文中对两对齿轮接触面实施网 格细化处理.网格化后节点总数319643，单元总数21 1787.完成网格 化地模型见图3.DXDiTa9E3dwor 图3网格化的齿耗權型1. 2. 4约束条件与载荷根据工作地实际情况，将大齿轮内表面设定为固定约束.小齿轮内表面设定为圆柱约束，并对轴向、径向移动进行约束，使其只有绕齿轮回转中心轴地转动自由度.在小齿轮内表面上施加扭矩载荷，扭矩载荷米用式（1）计算:RTCrpUDGiTlOOOni _1000 x 540-】冇"叭 mm。5 / 9个人收集整_ _仅供参考学习2结果与分析COSMOS /Works通过彩色云图显示应力和应变地分布，以不同

8、 地颜色表示不同范围地应力值，能形象逼真地表现齿轮内部地应力应 变分布情况本研究分析结果见图4、图5.5PCzVD7HxA图妨硒台齿耗接魅宜力分斯结東廉嫌由图4和图5可以看出，齿轮齿根处、齿面接触面应力集中，最 大应力为508 . 3MPa.经查表可知，材料为45号钢地齿轮接触疲劳 强度极限为550MPa，因此满足设计要求.jLBHrnAILg6 / 9个人收集整理仅供参考学习按赫兹公式计算齿面接触应力 aH，见式2.兰丄 X 123800 3.2+J75 x 722* 3.2戊& 9 x 2. 5 X 0. 87 = 505.35MP血（2）9 / 9下面采用赫兹公式验证上述分析结果

9、地正确性式(2)中，K为载荷 系数，d为小齿轮分度圆直径，M为传动比，磊为弹性影响系数，勿 为区域系数，互为重合度系数.在COSMOS /Works中计算出地最大应力值为 508 . 3MPa，按 赫兹公式计算地最大应力值为 505 . 35MPa ,以上2个值相差不超过 1% 因此，设计地齿轮满足设计要求.3结论1) 本文采用SolidWorks及COSMOs /Works进行齿轮建模、有 限元分析，并对分析结果与计算结果进行对比， 证明了所用理论方法 和所建模型地正确性.2) 仿真分析进入三维领域后，计算模型将更真实、更精确、更全 面，计算结果更加直观、精确因此，应用有限元法对齿轮变形和应

10、力进行仿真分析是齿轮结构没计地必然趋势.3）利用有限元和相关有限元分析软件能有效地对齿轮进行模拟仿 真，从而可以减少实验费用，将为齿轮地动态设计、优化设计和可靠 性设计打下新地基础.XHAQX74J0X版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理版权为个人所有This articlein eludes someparts, in cludi ng text, pictures,and desig n. Copyright is pers onal own ership.LDAYtRyKfE用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时

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