齿轮传动！有限元仿真分析实战！

齿轮传动

    齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。它的传动比准确，效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长。

    目前齿轮技术可达到的指标:圆周速度v=300m/s，转速n=10^5RPM，传递功率P=10^5kW，模数m=0.004~100mm，直径d=1mm~152.3m。

单元类型

    二维实体单元，也称为平面单元。目前最常用的平面单元为二次单元。

    三维实体单元，也简称为实体单元。目前最常用的实体单元为二次单元。

分析类型

    瞬态结构分析可以模拟齿轮传动的完整啮合过程，可以模拟齿轮副的多齿啮合和单齿啮合的过渡。

    静态结构可以分析齿轮传动某一时刻的应力状态，优点是计算量小，计算效率高。

关键因素

    通过有限元仿真技术可以对齿根圆角、齿宽、载荷系数、摩擦系数、网格密度、接触刚度等关键因素展开详细深入的研究，这是传统计算公式所不能比拟的。

经过对比分析，结论如下：

1）齿根圆角对齿面接触应力影响较小，对齿根弯曲应力影响较大；

2）齿宽对齿面接触应力影响较大，对齿根弯曲应力影响较小；

3）载荷系数对齿面接触应力和齿根弯曲应力影响都较大；

4）摩擦系数对齿面接触应力影响较小，当摩擦系数小于0.2时，齿根弯曲应力对摩擦系数敏感；

5）当网格密度达到一定程度后，齿面接触应力和齿根弯曲应力对网格不敏感；

6）接触刚度对齿根弯曲应力影响较小，当接触刚度系数大于1时，接触应力对接触刚度不敏感；

总结

    齿轮传动分析用到的分析技术有很多，有限元仿真分析只是其中一项。读者从上文可以见识到仿真技术的强大能力和通用性。

笔者简介：华仿CAE首席讲师。干过六年研发，两年仿真技术支持，两年仿真线上培训。线下培训开过上百场，线上直播开过三百场。四年来，每天就研究结构仿真这点事！