非对称齿廓渐开线齿轮传动的热分析_图文

1、 农业机械学报 图1齿轮施加热载荷后的边界条件Fig.1Tooth mesh and application of thermal load(a对称齿轮(b非对称齿轮表1双压力角非对称齿轮与对称齿轮几何参数 Tab.1Geometrjc pa聃meters of unsymmetc and symmetric gears 齿轮类型 m/mm 2口/(。 Z c。 注;非对称齿轮系统与对称齿轮系统主、从动轮齿数分别为24/40,非对称齿轮的工作齿侧与非工作齿侧的压力角a分别为30。/20。,非对称系数=cos诉/cos甜,非对称齿轮工作齿侧与非工作齿侧 齿顶高系数材分别为1.o/o.95,非对称

2、齿轮工作与非工作齿侧径 向间隙系数c。分别为o.25/o.3。非对称齿轮与对称齿轮主、从动轮轮齿接触面 切向绝对滑动速度和相对滑动速度沿啮合区间的分 布如图2所示。非对称与对称齿轮主动轮齿根的绝 对滑动速度均小于其齿顶的绝对滑动速度;而从动 轮齿根的绝对滑动速度也均小于其齿顶的绝对滑动 速度。非对称齿轮与对称齿轮主动轮齿根的绝对滑 动速度均小于从动轮齿顶的绝对滑动速度;而主动 轮齿顶的绝对滑动速度均大于从动轮齿根的绝对滑 动速度。因此可以得出,主、从动齿轮在节圆处啮合 时绝对滑动速度相等,相对滑动速度为零,因而作纯 滚动。由图2还可以看出,非对称齿轮在啮合过程中 主动轮与从动轮的绝对滑动速度均

3、大于对称齿轮, 而非对称齿轮的相对滑动速度却小于对称齿轮。因 此,工作齿侧压力角的改变对绝对滑动速度和相对滑动速度有很大的影响,同时旋转速度和齿轮承受载荷也是影响滑动速度的重要因素。 +对称主动轮+对称相对滑动士非对称从动轮 +对称从动轮牛非对称主动轮呤非对称相对滑动0.20.40.6O.81.O啮合线相对位移图2非对称齿轮与对称齿轮绝对滑动速度与 相对滑动速度分布Fig.2Transformation curves of absolute and relative sliding velocity of unsymmetric and symmetric gears 非对称齿轮与对称齿轮本体

4、温度场分布如图3所示。由图可见,非对称与对称齿轮轮齿表面的本体 温度明显高于轮齿齿体的本体温度,尽管齿轮经一 定时间的运转后轮齿本体温度可以达到了一个平衡 状态,但热传导使温度从齿面到齿体呈一定的分布。 非对称齿轮的最大温差是16.41,而对称齿 轮为21.86,可见非对称齿轮产生的温度梯度比 图3齿轮本体温度场分布Fig.3Bulk temperature field distributions(a对称齿轮 (b非对称齿轮54321O ,馘嘲臀艇第12期 肖望强等:非对称齿廓渐开线齿轮传动的热分析对称齿轮低,温度分布更均匀。非对称与对称齿轮主动轮轮齿齿面温度的分布 如图4所示。由图可见,对应

5、于非均匀分布的齿面摩 擦热流量,非对称齿轮轮齿本体温度在齿面上出现 了两个峰值,分别位于靠近节线附近的齿根处和齿 顶处;而对称齿轮轮齿本体温度仅在节线附近靠近 齿根处有一个峰值。这些都是轮齿最容易出现胶合 的区域,在齿轮抗胶合设计中必须注意。非对称齿轮 轮齿表面的最大本体温度比对称齿轮降低了 10.4%。这是因为随着压力角的增加,非对称齿轮 主、从动轮相对滑动速度和齿面接触应力比对称齿 轮下降,从而非对称齿轮齿面最大摩擦热流量也下 降,齿根处与齿顶处摩擦热流量的峰值差距缩小,因p越赠 而最大齿面本体温度呈现这种趋势,这一趋势随着 非对称齿轮工作齿侧分度圆压力角的增大会变得更 加明显。4结论(1

6、探讨了双压力角非对称齿轮相对滑动速 度、接触应力、热分配系数和摩擦热流量的计算方 法,根据实例计算得出了非对称与对称齿轮的这些 参数沿啮合线的分布曲线,并得出工作齿侧压力角 的改变对相对滑动速度、接触应力、热分配系数有很 大的影响,并最终影响到摩擦热流量;同时旋转速度 和轮齿承受载荷也是影响摩擦热流量的重要因素。 (2创建了双压力角非对称与对称渐开线齿轮 模型,通过APDL中的表参数在轮齿工作齿侧分成 多区间加载摩擦热流量,最后进行有限元法计算,结 果表明:稳态时非对称齿轮轮齿表面的最大本体温 度比对称齿轮降低,从而提高了轮齿齿面抗胶合承 载能力。(3非对称齿轮主动轮齿面的本体温度在齿面 上出

7、现两个峰值,分别位于靠近节线附近的齿根处 和齿顶处,最大温度值在靠近齿根面上;而对称齿轮 轮齿本体温度仅在节线附近靠近齿根处仅有一个峰 值。随着分度圆压力角的增大这种温度峰值转移的 趋势会更加明显。参考文献1肖望强,李威,韩建友,等.双压力角非对称齿廓渐开线齿轮的振动分析J.中国机械工程,2006,17(6:645649. 2肖望强,李威,李梅.双压力角非对称齿廓齿轮齿弯曲应力的有限元分析口.北京科技大学学报,2006,28(6:570 575.3Choi J K,Lee D G.Thermal characteristics of the spindle bearing system wit

8、h a gear located on the bearing spanJ. International Journal of Machine Tools&Manufacture,1998,38:10171030.4Atan E.0n the prediction of the design criteria for modification of contact stresses due to thermal stresses in the gear meshJ.Tribology International,2005,38:227233.5Kansal G,Rao P N,Atre

9、ya S K.Study:temperature and residual stress in an injection moulded gearJ.Journal of Materials Processing Technology,2001,108l 328337.6李华敏,韩元莹,王知行.渐开线齿轮的几何原理与计算M.北京:机械工业出版社,1985. 非对称齿廓渐开线齿轮传动的热分析作者:肖望强 , 李威 , 韩建友 , Xiao Wangqiang, Li Wei, Han Jianyou作者单位:北京科技大学机械工程学院 100083 北京市 刊名:农业机械学报 英文刊名: TRAN

10、SACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY年,卷(期:2006,37(12被引用次数:4次参考文献(6条 1. 李华敏;韩元莹;王知行 渐开线齿轮的几何原理与计算 19852. Kansal G;Rao P N;Atreya S K Study:temperature and residual stress in an injection moulded gear外 文期刊 2001(33. Atan E On the prediction of the design criteria for modification

11、of contact stresses due tothermal stresses in the gear mesh外文期刊 20054. Choi J K;Lee D G Thermal characteristics of the spindle bearing system with a gear located on thebearing span外文期刊 19985. 肖望强;李威;李梅 双压力角非对称齿廓齿轮齿弯曲应力的有限元分析 期刊论文-北京科技大学学报 2006(066. 肖望强;李威;韩建友 双压力角非对称齿廓渐开线齿轮的振动分析 期刊论文-中国机械工程 2006(06引证文献(4条1. 姚阳迪 . 林腾蛟 . 何泽银 高速斜齿轮传动稳态温度场仿真分析 期刊论文-机械研究