大模數(shù)漸開線直齒圓柱齒輪彎曲強(qiáng)度研究.pdf

1、大模數(shù)齒輪在重大工程裝備中的應(yīng)用越來越多，而且齒輪模數(shù)也在不斷增大，如海洋鉆井平臺(tái)上齒輪模數(shù)已達(dá)135 mm。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-1997中，齒輪最大模數(shù)為50 mm，模數(shù)超過50 mm則無公式計(jì)算齒輪彎曲強(qiáng)度，而分析計(jì)算大模數(shù)齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度是保證傳動(dòng)安全的前提。但是，目前對大模數(shù)齒輪彎曲強(qiáng)度的研究還比較少，因此研究大模數(shù)齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度具有重要意義。 本論文基于齒輪嚙合原理，應(yīng)用齒輪齒根彎曲應(yīng)力解析法和有限元法，對模數(shù)

2、為lO～80mm的漸開線齒輪進(jìn)行了彎曲強(qiáng)度分析。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)本文綜述了國內(nèi)外齒輪彎曲應(yīng)力和變形的研究概況，著重介紹了利用材料力學(xué)方法、有限元方法對彎曲應(yīng)力和變形進(jìn)行研究的狀況。 (2)利用鄭州機(jī)械研究所開發(fā)的ZGCAD軟件計(jì)算齒輪輪齒的彎曲強(qiáng)度，并分析提出了彎曲強(qiáng)度計(jì)算方法中存在的一些問題。 (3)使用AutoLISP編程語言在AutoCAD平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了輪齒齒形的生成，并以此為基礎(chǔ)建立了

3、比較精確的輪齒三維模型。通過分析計(jì)算，確定了有限元模型的邊界范圍，完成了網(wǎng)格劃分；通過齒輪一齒條傳動(dòng)單、雙齒嚙合區(qū)的劃分，確定了單齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)的位置，并求出該位置處的載荷作用角，進(jìn)而進(jìn)行了輪齒彎曲強(qiáng)度的有限元分析計(jì)算。 (4)利用有限元分析軟件ANSYS對不同模數(shù)、不同齒數(shù)的漸開線圓柱齒輪在載荷作用于單齒嚙合區(qū)上界點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算，比較分析了彎曲應(yīng)力的有限元法計(jì)算值與常規(guī)解析法計(jì)算結(jié)果之間的差別及趨勢。 (5)將有

4、限元計(jì)算結(jié)果與GB計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，找出了模數(shù)、齒數(shù)對齒 根應(yīng)力的影響規(guī)律。(6)在用應(yīng)變片電測法對漸開線大模數(shù)齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)結(jié)果同有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果顯示：有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本上是吻合的。 (7)本文的分析研究工作可以得出如下主要結(jié)論： 1)GB計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果比較接近，具有較好的一致性。當(dāng)齒輪模數(shù)10mm≤m≤80mm和齒數(shù)17≤z≤50時(shí)，兩種計(jì)算結(jié)果

5、的相對誤差的絕對值均小于7％。 2)齒輪模數(shù)和齒數(shù)對兩種計(jì)算結(jié)果的相對誤差均有一定影響，相對比較而言，模數(shù)對相對誤差的影響較大些。 3)當(dāng)齒輪模數(shù)m<30mm時(shí)，GB計(jì)算結(jié)果大于有限元計(jì)算結(jié)果；當(dāng)齒輪模數(shù)m≥30mm時(shí)，GB計(jì)算結(jié)果小于有限元計(jì)算結(jié)果，而且模數(shù)越大，GB計(jì)算結(jié)果越小于有限元計(jì)算結(jié)果。 4)當(dāng)模數(shù)一定時(shí)，隨著齒數(shù)的增大，GB計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果的差值(即相對誤差，可正可負(fù))逐漸增大。當(dāng)相對誤差為

6、負(fù)時(shí)，隨著齒數(shù)的增大，相對誤差的絕對值逐漸減小；當(dāng)相對誤差為正時(shí)，隨著齒數(shù)的增大，其絕對值逐漸增大。 5)雖然按國家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-1997計(jì)算時(shí)要求模數(shù)m≤50mm，但由于模數(shù)m>50mm時(shí)兩種計(jì)算結(jié)果比較接近，即使當(dāng)m=100mm時(shí)，GB計(jì)算結(jié)果比有限元計(jì)算結(jié)果也不會(huì)小10％，因此仍可用GB3480-1997標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算m>50mm齒輪的齒根彎曲強(qiáng)度。當(dāng)m>50mm時(shí)，建議根據(jù)模數(shù)大小把GB標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算應(yīng)力或許用安全系數(shù)加大5～1