齿轮传动啮合接触冲击分析

齿轮传动啮合接触冲击分析

第4 7卷第 7期 2 1年 4月 0 1

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VO147 . N O. 7 Ap . r 2011

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齿轮传动啮合接触冲击分析木唐进元周炜 2陈思雨 2, ,长沙 408; 10 3长沙 4 0 8) 10 3

(.中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室 12 .中南大学机电工程学院

摘要：基于接触动力学相关理论和齿轮传动物理模型，提出齿轮传动啮合接触冲击概念，研究齿轮啮合传动时由啮合点处速度差异导致的轮齿接触冲击现象，建立齿轮啮合接触冲击模型，给出啮合接触冲击求解算法，分析不同冲击转速、冲击位置对冲击合力、冲击时间和冲击应力的影响，并利用解析计算式对比计算各个冲击位置和冲击速度条件下的最大冲击力，验证数值计算结果的有效性。研究表明：冲击转速和冲击位置对冲击合力、冲击时间以及冲击应力均产生较大影响。同时还给出不同冲击条件下齿面上最大接触应力点在整个冲击接触过程的分布，为接触疲劳和疲劳累积的深入研究提供参考，计算结果表明最大接触应力点集中在齿宽中部附近区域，并且受冲击速度的影响很小。 关键词：齿轮传动接触冲击啮合

中图分类号：T 3 .1 H124

Co t c -m pa t n a ti c a y i fGe rTr ns iso y t m An l sso a a m s i n S s eT ANG i y a’ ZHOU W e’ CHEN i, Jn u n 12 i12 S yu l2

(. yL b rtr f d m o lxE up n s na dE t me auatr go ii r f d ct n 1Ke a oa yo e C mpe q ime t i n x e n fc i f ns yo u ai, o Mo De g r M un M t E oCe ta u h Uni e st, n r lSo t v r i Cha gs a41 0 3; y n h 0 8

2 S h o f c aia a dEet cl n ier g C nrl o t ies, h g h 10 3 . c o l Meh ncl n lc ia E gn ei, e t uhUnv ri C a sa 0 8 ) o r n aS y t n

4Ab t a t A e c n e t fi a t n g a s i g b s d o o t c y a isa d p y i a o e f e rv u r r . h s r c: n w o c p o mp c e r i me h n a e n c n a t n m c n h sc l d l a d ei p t o wa d T e d m o gr i s f

p e o n n o n c/ h n me o f o t t mp c e we n t e me h n o arc u e y t ev l ct i e e c t eme h n o n t d e . e c a i a t t e s i g t t p i a s d b eo i d f r n e a s i gp i t ssu i d T b h oh h y h t i h

mo e fc na t mp c f e r s igi ul, dteslt nag rtm i e . eif e c so i ee tmp c eo i d d lo tc— a to a hn sb i a oui loi o i g me tn h o h i gv n T l n e f f rn atv lct a s h nu d i yni a tp s o n t e r s l n mp c o c, mp c i n mp c te sa e a ay e, n h x ma p c o c s a a h mp c o i n o h e ut ti a tf r e i a tt i t a me a d i a tsr s r n l z d a d t e ma i li a tf r e te c m

i a t o io n a hi a t eo i ec lu ae dc mp r db sn ea ayia ac lt n e u to, Oa e f e mp c s ina de c p t mp c lct a ac ltda o ae yu igt lt l lua o q ain S st v r yt v yr n h n c c i o i h v l i fte n me c lc luain rs l.T e rsac h wst a o mp c eo i n mp c o io a e sg i c t ai t o u r a ac lt e ut h ee rh s o tb t i a tv lct a d i a tp st n h v inf a dy h i o h h y i ini f e c so er s l n n u n e n t e u t t mp c o c

, mp c me a d i a t te s Be i e, h itiu in f e ma i ls e sp i t o h l h a i a t re i a t i n f t mp c r s . sd s t e d s b t so x ma t s o n s n t e s r o h t r t oh s ra e d rn e i a t p o e s u d r d fe e t i a t c n i o s a e a s i e,t u r v d n e e e c o n d p o t u f c u i g t mp c r c s n e i r n mp c o d t n lo g v n h s p o i i g r f r n e f r i— e t h i r h r s a c f o tc ai u n c u u ae t u . ec lu a o s l s o a em a i l o t c te sp i t o c n r t e e h o n a t t ea d a c r c f g m l td f i e T a c lt n r u t h ws h t h x ma n t r s o n s n e t ei ag h i e t t c a s c a n t en ab e ft emi d eo o hb e d h h e y a ao d l f o t r a t . r r h t Ke r s Ge rt n miso Co tc I a t M e h y wo d: a a s s in r n a t mp c s

因素引起的齿轮冲击：轮齿变形和加工误差产生①

0前言齿轮传动在工业生产中广泛应用，对于齿轮啮合的动态特性研究一直备受关注[,以期减少齿轮¨传动系统中的振动与噪声，提高其使用性能。迄今为止，大部分学者都将注意力聚焦在了以下两方面国家重点基础研究发展计划(7划，2 1C 7 60 )国家自然科 93计 0 1 B 0 80和学基金(O 72 3资助项目。2 100 58 56 ) 0 06 5收到初稿，2 110收到修 0 02 4改稿

的啮入啮出冲击；齿侧间隙产生的冲击。实上，②事 啮合接触的轮齿在工作时，还会产生接触冲击 (图 1,即相互接触的两轮齿，当主动轮转速增加，通 )过接触推动从动轮转动，这个过程从接触动力学的角度，实际上是一个接触冲击的过程，该冲击过程也可表述为：轮齿因瞬态法向相对接触速度的不同而引起的冲击，

对这种啮合时的接触冲击，目前研究论文很少，相关的文献综述如下。

齿轮传动啮合接触冲击分析

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唐进元等：齿轮传动啮合接触冲击分析

果表明冲击合力随齿宽加宽而增大。此外，文献【1 l】 也从齿轮啮合原理的角度分析了齿轮的加工误差和

弹性变形对于齿轮啮合冲击的影响，给出了冲击速度和冲击作用时间的表达式，并结合声学理论计算了用于对齿轮冲击加速度噪声进行估算的冲击噪声

声压和声辐射功率等声学特性参数。文献[2论述 11了线外啮合冲击与齿轮点蚀破坏之间的关系。 文献[3考虑了不同齿侧间隙对齿轮冲击的影 11()啮入冲击 a ()问隙冲击 b

响，其认为齿侧问隙会引起冲击过程的滞后，对于速度引起的冲击，滞后时间与侧隙大小成正比，但冲击时间大小不受其影响。另外，其研究结果还指出：冲击合力随齿侧间隙的变化与同时参与啮合的齿对数相关。文献[4￣用动态子结构法考虑了齿 1] J J

测间隙对一减速机的动态特性进行了仿真。()啮合接触冲击 c

图 1齿轮啮合时各种冲击示意图

对于因轮齿变形和加工误差而产生的啮入啮

对于主从动轮在瞬态因相对转速而引起的啮合冲击，文献[3 5作了有益尝试，文献[5考虑 1,11 11了一对薄齿轮在不同啮合位置时南速度引起的啮合冲击，并用有限元法和多体动力学方法分别进行了仿真，给出了冲击时啮合刚度和冲击合力随啮合位置的变化关系，但遗憾的是其工作没有考虑不同冲击速度的影响，也没有考虑冲击时间与啮合冲击位置的关系。同时，由于齿轮冲击后接触的实际上是一

出冲击，文献【】于线外啮入冲击速度计算了动载 2基荷因子。文献[.】 38从解析的角度试图探寻齿轮基节误差、变形和齿面载荷对冲击速度、冲击时间和啮合冲量之间的定量关系，其计算结果表明啮合冲击时间一般是换齿时间的 5%~ 1%。其中文献【] 0 3在啮合冲量大小和齿轮转动惯量对啮合冲击激励的影响方面做了大量工作，得到了增大齿轮的转动惯量可以减小啮合冲击的结论，不过以此会降低齿 …… 此处隐藏：12785字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……