直齿圆柱齿轮齿根应力计算与动态测试

齿轮弯曲强度分析是齿轮高转速、高强度、长寿命、低噪声和高可靠性等研究的基础。因此,齿轮静动态啮合特性的研究对提高齿轮承载能力和动力学性能具有一定的理论价值。本文主要研究的内容如下：(1)轮齿几何建模。根据齿轮啮合原理和展成加工法推导出较精确齿形曲线。通过MATLAB进行齿形离散,利用APDL将纯文本形式的齿廓曲线数据导入ANSYS,实现齿轮参数化有限元建模。(2)齿根应力计算。根据Hertz接触理论和齿轮啮合原理,把齿面载荷等效为线均布荷载和Hertz面均布荷载进行静力等效分析和不同点啮合的静态接触分析,得出齿根弯曲应力的变化规律。基于ANSYS/LS-DYNA进行动态接触分析,计算啮合过程中齿轮动态接触力、动态接触应力和齿根弯曲应力,结果表明,齿轮在啮入瞬间会有强烈的冲击,接触力和齿根弯曲应力急剧波动,齿轮动态接触力与转速成正比。(3)齿根动应力测试。基于齿轮综合性能测试试验台和LabVIEW集成系统,运用无线数据采集技术实时采集试验数据,得到转速、转矩及齿根动态应变等重要数据。研究表明,试验所测得的结果与理论齿轮啮合的齿根弯曲应变的变化趋势大致相似；在低载情况下,啮入和啮出冲击起主导作用。综合仿真与试验结果表明,试验测得齿根弯曲应力的数值与静力等效分析、静态接触分析、经典解析解大致相同；动态接触分析的齿根应力的变化趋势与试验结果也大致相同。上述研究表明,试验和仿真分析的方法和结果是准确的,具有科学、实用的特点,为齿轮弯曲强度进一步的研究提供一些参考价值和一定的指导意义。