有限元课程答辩包含摩擦系数的螺旋齿轮副接触应力分析

1、请在此位置添加你的论文名称Contactstressanalysisofhelicalgearpairs,includingfrictionalcoefficients包含摩擦系数的螺旋齿轮副接触应力分析汇报人：李飞腾汇报人：李飞腾机械工程机械工程13-1班班 2016.11.7一、摘要1、使用3D FEM建立正齿轮、5、15、25，四套齿轮副有限元模型2、使用拉格朗日乘子算法计算接触应力3、为了简化模型，摩擦系数范围定为0-0.3，这一点有文献作为支撑4、讨论了接触应力分别与螺旋角、摩擦系数的关系二、前言1、文献资料中提供了大量关于齿轮啮合有限元的资料，但包含摩擦的接触应力计算却极少。2、Y

2、i-Cheng等给出了齿轮设计参数和接触位置对齿轮应力分配的影响。3、Hwang等给出了齿轮啮合中在不同位置时正齿轮和斜齿轮的接触应力分析4、Vijayarangan等使用2D FEM和拉格朗日乘子法研究一对正齿轮在静态载荷下，摩擦系数从0增加到0.3时，静态接触应力增加5%二、前言5、轮齿上载荷分布的数学模型Lowest Point of single-Tooth Contact(单齿接触最低点)Hight Point of Single-Tooth Contact(单齿接触最高点)三、螺旋齿轮接触应力计算公式1、根据AGMA(美国齿轮制造协会)给出的接触应力公式其中Cp为弹性系数，公式：其

3、中I为几何因子，公式：三、螺旋齿轮接触应力计算公式CR（Contact Ratio）为重合度，公式为： 其中 分别为速度因子，过载系数和负载分布系数vkokmk四、齿轮副有限元模型建立1、对4套齿轮对进行有限元建模，其规格参数如下 四、齿轮副有限元模型建立2、大、小齿轮材料塑性如下表 3、标准齿轮渐开线在ANSYS中的生成利用ANSYS中生成的宏（Macro）创建APDL。将渐开线标准齿廓复制3次，形成大、小齿轮的三齿段。四、齿轮副有限元模型建立4、网格划分 使用有限单元SOILD185对齿轮体积离散化。齿轮对的网格密度沿通过渐开线的线尺寸控制和齿轮对体积上的默认尺寸控制。齿轮渐开线轮廓被分成

4、14部分，并且随后使用默认网格尺寸设置来提供足够的网格密度。使用映射网格（Hex-Sweep）x选项来完成小齿轮和大齿轮三齿段的网格。图3展示了15的螺旋齿轮网格模型及其边界条件的样本。四、齿轮副有限元模型建立4、网格划分 四、齿轮副有限元模型建立5、建模过程 齿轮对之间的接触被建模为使用CONTA 173 和TARGE 170 类型的柔性接触。使用基本库伦模型的拉格朗日乘子算法用于评估摩擦接触应力。施加在小齿轮上的负载如前文中的负载分布函数所示，触点压力 由驱动器的输入转矩和速度确定。四组有限元模型如图所示。 tF四、齿轮副有限元模型建立 正齿轮，u=0正齿轮，u=0.155斜齿轮，u=05

5、斜齿轮，u=0.15SUM=.124E10四、齿轮副有限元模型建立 25斜齿轮，u=025斜齿轮，u=0.1515斜齿轮，u=0.1515斜齿轮，u=0五、结果与讨论1、有限元模型的正确性论证 通过Hertz和AGMA公式获得正齿轮无摩擦下最大接触应力为Mpa和1523MPa，有限元模型计算的最大接触应力为1240MPa。验证了模型的正确性。四套齿轮对的最大接触应力表如下：五、结果与讨论2、接触应力与螺旋角的关系 3、接触应力与摩擦系数的关系A、对于恒定的摩擦系数，接触应力随螺旋角的增大而减小。B、对于恒定的螺旋角，接触应力随摩擦系数的增大而减小。综合影响：对于正齿轮、5、15以及25齿轮对，摩擦系数由0增加到0.3，最大接触应力分别增加了10%，11.2%，18%和15.7%。六、结论1、FE模型验证了摩擦系数为零的Hertz/AGMA接触应力公式，有限元模型对齿轮对的接触应力评估是适用的。 2、对于恒定摩擦系数下，接触应力随螺旋角增大而减小。3、随摩擦系数的增加，对于较小的螺旋角齿轮，与较大的螺旋角齿轮相比，接触应力的增加更小。如对于正齿轮，应力增