基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
机械传动 2006拄
文章编号：1004—2539(2006)02—0050—02
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
(天津工业大学机械电子学院，天津300160) 雷 镭 武宝林 谢新兵
摘要通过实例阐述了直齿轮的精确建模方法，并介绍了具体的设计原理，将生成的一对齿轮进行
标准安装生成啮合模型。通过ANSYS转化成由节点及元素组成的有限元模型，运用完全牛顿一拉普森
方法进行接触应力的静力学求解，并介绍了算法原理。说明了新的接触单元法的精确性、有效性和可靠
性。
关键词ANSYS直齿轮有限元接触应力
引言
ANSYS软件是一款通用有限元分析软件，其强大
的建模、网格划分和分析功能极大的方便了用户对产
品进行分析。本文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱
齿轮为实例，研究了在ANSYS环境下实现直齿轮精确
建模和接触应力分析的方法。
1建模及有限元分析的环境
ANSYS是一个融结构、热、流体、电、磁、声学于一
体的大型通用有限元软件。作为目前最流行的有限元
软件之一，它具备功能强大、兼容性好、使用方便、计算
速度快等优点，成为工程师们开发设计的首选，广泛应
用于一般工业及科学研究领域。而在机械结构系统
中，主要在于分析机械结构系统受到负载后产生的反
应，如位移、应力、变形等，根据该反应判断是否符合设
计要求。
2直齿轮接触分析
2．1直齿轮的建模方法
问题描述：两齿轮材料均为45号钢，弹性模量E
=2．06×lOSN·甜，?自松比口=0．3。给定直齿轮的基
本参数见表1。
表1
模数m／mm 压力角d尸 齿数zl 齿数。2 齿宽b／ram
2．5 20 34 102 85
直齿轮的齿廓曲面是渐开线曲面，所以建模的关
键在于如何确定精确的渐开线。建立如图1所示的坐
标系，渐开线的曲线方程[1]为
戈：=rbsinu-+rbueo．suY rbCOSU
rbusinU) ㈩
= + J
式中，U为渐开线上任一点K的滚动角，U=OK+aK；“
为基圆半径。
本文运用ADPL语言(ANSYS Parametric Language，
ANSYS二次开发工具之一)对齿轮的渐开线曲面进行
建模。利用渐开线产生端面的一个齿形，将其平移、旋
转产生另一端面的齿形，然后
这两个齿形沿螺旋线进行“扫
描混成”产生一个齿，对这个齿
进行拷贝或阵列即生成研究需
要的两个齿轮。再将大齿轮在
x轴上平移中心距距离为
： 舞<
＼ ／j
170ram，则大小齿轮的中心连图l直角坐标系下的渐
线通过小齿轮齿根圆周上齿间升线
距的中点，通过大齿轮齿顶圆周上齿厚的中点。要确
定两齿轮在啮合线上相啮合的各个位置，先将两齿轮
旋转到节点相啮合的位置。由于在分度圆上齿轮的齿
厚和齿间距相等，则小齿轮转到节点啮合位置就要转
动360／4z，度，即为90／34度，大齿轮转到节点啮合位
置就要转动360／4z，度，即90／102度。即可使两个齿
轮在节点处相啮合恻2。即可得到两齿轮在ANSYS中
的二维模型。由于直齿轮在轴向应力所受应力一致，
所以可以用二维模型代替三维模型。如图2所示。
2．2模型的网格划分
实体建模的最终目的是划分网格以生成节点和单
元。生成节点和单元的网格划分过程包括两个步骤：
(1)定义单元属性；(2)定义网格生成控制并生成网格。
在单元库中选用SOHIM2为两齿轮的实体单元，
因为SOHD42为四边形单元，有4个节点，相对于三角
形单元而言，计算精度更高，没有三角形那样刚硬，对
于带中问节点的四边形而言，节点数更少，节约计算时
问，而精度下降不大b J。
定义材料属性中弹性模量EX=2．06×
lOsN·耐，泊松比PRXY=0．3，摩擦因数MU=0．3。
通过扫掠网格划分命令(SWEEP)，使两齿轮生成网格。
要求出精确解，就要在啮合区域进一步细分网格，细分
万方数据
第30卷第2期 基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
结果见图3。
图2齿轮实体建模结果 图3接触区域网格细分结果
最后生成单元数126759个，节点数151470个。
2．3创建接触对
利用ANSYS接触向导将啮合小齿轮的齿廓面1
和大齿轮的齿廓面2设置为接触对，使齿廓面1为接
触面，齿廓面2为目标面。将其接触刚度因子FKN和
拉格朗日算法允许的最大渗透量FlqDN分别设置为
1．0和0．1l4|。同理设置啮合小齿轮的齿廓面3和大
齿轮的齿廓面4为接触对。如图5所示。
2．4边界条件与载荷
接触区域应能保证它足以
描述所需要的接触行为。AN—
SYS面一面接触单元使用
GAUSS积分点作为接触检查
点的缺省值，它比Newton—
Cotes／robatfo节点积分项产生
更精确的结果。把节点坐标系
变换到柱坐标，则x，y分别代图4建立的齿轮接触对
表R，臼。约束大齿轮安装孔表面上的节点的所有自由
度。约束小齿轮安装孔表面上的节点，使其只有绕齿
轮回转中心轴的转动自由度，即约束x轴。约束结果
见图5所示。
在小齿轮安装孔表面上的每个节点上加】，方向
(在圆柱坐标系下即为齿轮径向的切向力)上的载荷
刀，见式(2)。
。， 转矩¨5一丙酉瓦翮酊刁矩蕊
=一嬲-119．375N (2)
盯值为负，即小齿轮绕轴线顺时针旋转。加载结果见
图6所示。
图5两啮合齿轮所加约束 图6主动轮上加载结果
2．5求解
对于非线性问题ANSYS的方程求解器采用带校
正的线性近似来求解。它将载荷分成一系列的载荷向
量，可以在几个载荷步内或者一个载荷步的几个子步
内施加。ANSYS使用牛顿一拉普森平衡迭代的算法，
迫使在每个载荷增量的末端解达到平衡收敛(在某个
容限范围内)。每次求解前，完全的NR方法估算出残
差矢量，这个矢量是回复力(对应于单元应力的载荷)
和所加载荷的差值，然后个载荷增量的末端解达到平
衡收敛(在某个容限范围内)。每次求解前，完全的NR
方法估算出残差矢量，这个矢量是回复力(对应于单元
应力的载荷)和所加载荷的差值，然后使用非平衡载荷
进行线性求解，且核查收敛性。如果不满足收敛准则，
重新估算非平衡载荷，修改刚度矩阵，获得新解直到问
题收敛。此例采用一个载荷步(其它均用缺省值)进行
静力学分析倒5。
3计算结果分析
计算结果可由大齿轮的
接触应力等值线图表示，最
大应力为682．068MPa。分
析结果见图7。
对于一对钢制齿轮，按图7啮合齿轮分析结果局部
赫兹公式[2]计算齿面接触应效果图
力为叮日，见式(3)。
／粤．趔：189．8×2．5×0．87×
～bdl‘ “
．2
x 3．28 x 191000×出：681MPa (3)
～ oJ x 85 3 、。
在ANSYS中计算出的小齿轮的最大应力值接近
为682MPa，按赫兹公式计算的最大应力值为681MPa，
两个值相差不超过1％。只要在齿轮的装配中使两齿
轮处于不同的啮合位置(如从啮入到退出)就可进行进
行不同啮合状态下齿轮的有限元分析，真正达到了各
瞬态分析的自动化。
4结论
(1)本文对直齿轮的理论建模分析、计算仿真结
果与实验结果是一致的，从而也证明了所用理论方法
和所建模型的正确性。
(2)齿轮变形和应力的仿真分析是齿轮结构设计
的必然趋势。仿真分析进入三维领域(下转第59页)
三二群
万方数据
第30卷第2期 基于遗传算法的RPRPR五杆机构实现轨迹综合与分析 59
适的方式。进一步分析表明，采用高频精确实现轨迹，
补偿速度加速度、角速度、角加速度的值非常大，必须
满足驱动原动件产品的要求。否则，某种意义上讲是
不可能实现的。
罨、
媛
埤
一等时一等时20
一∥l￥严誓5
． 1 2 3 4 5 6 7 8 9 lI
图8 1杆转角及20阶近似曲线
——等时20一弧长20
图9 1杆的角速度曲线
一等时20一弧长20
图10 1杆的角加速度曲线
0
时间／s
4结论
本文提出的实现多点轨迹RPRPR五杆机构全域
最优综合模型，文中构造的适应度函数保证了满足约
束条件的个体的适应度值优于不满足的个体。采用改
进遗传算法获取全域最优解，得到运动性能最优的
RPRPR五杆机构。只有经过运动分析的RPRPR五杆
机构选择合适的驱动原动件，RPRPR五杆机构才具有
现实的实用价值。
参 考 文 献
1孔建益，W．Funk，杨金堂．受控机构学的研究现状和发展展望．中国
机械工程，1998(1)55—57
2邹慧君，李瑞琴，郭为忠等．机构学10年来主要研究成果和发展展
望．机械工程学报，2003(12)22～30
3张新华，张策，田汉民．精确实现成组轨迹的二自由度连杆机构逆运
动综合问题．机械设计，20001(10)9～12
4杨金堂，孔建益，王朝辉等．基于伺服电机选择的受控机构动力分
析．机械传动，2004(4)49～51
5 Michalewicz z．Genetic触鲥妇11s+Data Structures=Evolution Pro—
grams．Springer—Verlag，Second，Extended Edition，1994
6 Pan Z，Kang L．An Adaptive Evolutionary Algorithm for Numerical Opti—
mization．In：Simulated Evolution and Learning，First Asia—Pacific Con—
ference，SEAL‘96，Taejon，Korea，Springer，1996，2～34
7 Ullah I，Kota S．Optimal synthesis of mechanislns for path generation using
Fourier descriptors and global search methods．ASME Journal of Mechanical
Desigm，1997，119(4)：504～510
8 VISUAL C++6．0开发教程．北京博彦科技发展有限责任公司编
译．北京：清华大学出版社，2000
收稿日期：20050827 收修改稿日期：20051024
基金项目：武汉市科委资助：国际合作项目132001701012武汉科技大学
机械传动与制造工程湖北省重点实验室开放基金资助：
2003A03
作者简介：杨金堂(1964一)，男，湖北鄂州人，博士生，副教授
(上接第52页)
后，计算模型将更真实、更精确、更全面，通过个人图形
工作站，既能快速计算又能更加直观、仔细、迅速、精确
地观察到计算结果。误差可控制在1％内，是实验法
无法相比也无法做到的，为齿轮CAE分析奠定了基
础。
(3)利用有限元和相关有限元分析软件能有效的
对直齿轮进行模拟仿真。从而可以减少实验费用，将
为齿轮的动态设计、优化设计和可靠性设计打下新的
基础。这样不仅能优化齿轮结构、齿形和齿廓，还能优
化齿轮材料和工艺，能实现齿轮结构、材料和工艺的创
新设计。
参 考 文 献
1邱宣怀．机械设计(第四版)．北京：高等教育出版杜，1997
2吴大任，骆家舜．齿轮啮合理论(附微分几何简介)．北京：科学出版
社，1985
3张国瑞．有限元法．北京：机械工业出版社．1991
4董玉平，王中华，朱瑞富等．航空圆柱齿轮三维接触应力有限元计算
分析．兵工学报，1999，20(2)：156～159
5李皓月，周田朋，刘相新．ANSYS工程计算应用教程．北京：中国铁道
出版社，2003
收稿日期：20050510 收修改稿日期：20050622
作者简介：雷镭(1980一)，男，四川简阳人，硕士研究生
^s／_【-＼谜瑙援
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6
2
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^～／I)，趟艘景嫂
万方数据
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
作者： 雷镭， 武宝林， 谢新兵， Lei Lei， Wu Baolin， Xie Xinbing
作者单位： 天津工业大学机械电子学院,天津,300160
刊名： 机械传动
英文刊名： JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION
年，卷(期)： 2006，30(2)
被引用次数： 8次
参考文献(5条)
1.邱宣怀 机械设计 1997
2.吴大任.骆家舜 齿轮啮合理论(附微分几何简介) 1985
3.张国瑞 有限元法 1991
4.董玉平.王中华.朱瑞富 航空圆柱齿轮三维接触应力有限元计算分析 1999(02)
5.李皓月.周田朋.刘相新 ANSYS工程计算应用教程 2003
相似文献(10条)
1.学位论文 宋波 双压力角非对称渐开线直齿轮的应力分析及齿廓曲线的优化 2008
本文利用ANSYS分析了双压力角非对称渐开线直齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力，并应用一阶方法对齿廓曲线进行了优化，针对不同的设计参数
，得到了不同的优化结果。
首先，基于渐开线齿轮的啮合原理，利用渐开线方程和过渡曲线方程，建立了双压力角非对称渐开线直齿轮的通用齿廓方程，并对主要参数进行了
计算，利用ANSYS提供的APDL语言，建立了双压力角非对称渐开线齿轮的参数化模型。
其次，利用ANSYS对双压力角非对称渐开线直齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力进行了有限元分析，分析了两侧压力角变化对齿面接触应力和齿根弯
曲应力的影响，得出了齿面接触应力和齿根弯曲应力随压力角变化的规律，并与相应的对称齿轮进行了比较，分析结果显示：在一侧压力角不变的情况
下，增大另一侧压力角，齿轮的受压侧齿根弯曲应力明显减小；在非工作侧压力角不变的情况下，增大工作侧的压力角，齿轮的齿面接触强度也有一定
程度的提高。
最后，根据分析计算的结果，利用ANSYS中提供的一阶优化设计方法，对双压力角非对称渐开线齿轮的各个参数进行了优化。针对不同的设计参数
，得到了不同的优化结果，概括起来：设计变量，约束条件的多少直接影响了最终的优化结果，设计变量越多优化的结果越理想，约束条件越多越容易
得到局部最优值，而不利于得到全局最优值。因此，在优化过程中，应增加设计变量，减少约束条件，这样才能得到全局最优结果。双压力角非对称齿
轮在做单向传动时，具有明显的优势，而这些优势是对称齿轮所不具备的。因此，进行非对称齿轮设计具有十分重要的理论意义和现实意义。
2.学位论文 于亚妮 基于ANSYS的直齿轮接触问题的齿向形状优化研究 2008
本文利用先进的计算分析软件——ANSYS对轮齿的齿向修形进行研究具有特别重要的意义。本文利用有限元方法，就直齿圆柱齿轮的修形参数对轮齿
啮合过程中接触线上载荷分布的影响进行了认真深入的分析，建立了一种寻求最优齿向修形参数以获得合理齿向形状使齿向载荷分布均匀的方法。
本文利用ANSYS有限元软件，建立直齿圆柱齿轮三维参数化有限元模型。整个三维模型通过APDL自动生成，实现了有限元分析模型的参数化，可以快
捷方便地对不同修形参数的齿向形状进行有限元计算和分析。
对直齿圆柱齿轮接触线上的应力分析表明，接触应力沿接触线方向分布不均匀，且在接触母线的端点处存在较大的应力。为使在接触区内应力沿接
触线方向分布较均匀，需改变不同的齿向形状参数，对齿向形状进行优化分析。
本文采用二次曲线作为鼓形齿的修形曲线，考虑鼓形量对曲线的约束，运用零阶优化算法，建立了修形齿轮的数学模型，对接触轮齿进行形状优化
。优化结果显示：进行接触轮齿齿向方向的形状优化后，最大应力值减小并且应力分布比较均匀，大大提高了轮齿的接触强度，为工程设计提供了有力
的依据。本文还采用文献[2]中的中央鼓形曲线对接触轮齿进行形状优化，其优化结果与二次修形曲线的优化结果进行比较。得出结论：采用二次曲线对
轮齿进行优化的优化结果要略优于用中央鼓形曲线对轮齿进行优化的优化结果。从而验证了用二次曲线对轮齿进行优化的优越性。
3.期刊论文 姚继权.郑成志.张树森.Yao Jiquan.Zheng Chengzhi.Zhang Shusen 基于Pro/ENGINEER、ANSYS软件的
刨齿刀有限元分析 -工具技术2005,39(9)
介绍了在PRO/ENGINEER 2001中建立刨齿刀的模型,并在Ansys软件中进行了有限元分析,证明了刨齿刀在切削时刀尖部分的应变最大,与实际中刨齿刀
的刀尖部分易破损相吻合.
4.学位论文 李金澎 大模数直齿轮轮齿弯曲强度与齿面接触研究 2007
齿轮作为传动系统中最重要的零部件之一，是一种应用量大面广的基础元件。从某种意义上而言，已成为工业的象征。大模数齿轮在重大工程装备
中的应用越来越多，而且齿轮模数也在不断增大，如海洋钻井平台上齿轮齿条升降系统的齿轮模数已达到了135mm。而分析计算大模数齿轮轮齿的强度是
保证传动安全的前提。但是，目前对大模数齿轮强度的研究还比较少，因此研究大模数齿轮轮齿的强度具有重要意义。
本文在对接触问题的研究和发展现状及接触问题的节本理论进行介绍的基础上，对大模数直齿渐开线齿轮弹性接触问题的有限元数值求解方法进行
了理论分析。针对齿轮接触载荷大，情况复杂，润滑不理想等因素，采用三维实体单元及三维接触单元对齿轮实体模型进行有限元网格划分，将接触单
元按柔体——柔体处理，采用面——面接触分析模式，建立了符合实际的有限元模型。并基于齿轮啮合原理，综述了国内外齿轮齿根弯曲应力和变形的
研究概况。
应用ANSYS软件的APDL参数化建模功能对齿轮进行建模，应用ANSYS软件对接触计算过程进行了详细说明；应用有限元数值方法，借助ANSYS有限元分
析软件对国内某海洋钻井平台的升降系统的齿轮齿条啮合进行了有限元分析，结合接触，对大模数的齿轮的轮齿进行了齿根弯曲应力与齿面接触分析
，并与GB3480-83渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法计算得出的结果进行了比较。本文还作出了其材料的分析判断，为该类齿轮齿条装备的国产化研制开
发提供合理化建议。
5.期刊论文 郭辉.赵宁.曹蕾蕾.张淑艳.GUO Hui.ZHAO Ning.CAO Lei-lei.ZHANG Shu-yan 渐开线直齿轮齿根裂纹
扩展模拟 -系统仿真学报2007,19(13)
利用自由度耦合方法建立了具有旋转自由度的齿轮接触模型,用以分析齿轮的应力应变场.采用奇异单元和等参单元混合分网的方式建立了齿根裂纹
的有限元模型.基于ANSYS有限元软件平台,依据弹性断裂力学理论编制了齿根裂纹生长的自动分析程序.模拟了渐开线直齿轮齿根裂纹扩展过程,模拟结果
与试验结果相吻合.
6.学位论文 杨保年 直齿轮冷锻成形技术及其数值模拟研究 2002
直齿圆柱齿轮是汽车及机械行业中应用极为广泛的重要传动零件,其形状复杂,材质、尺寸精度、表面质量及综合机械性能均要求很高.该文以直齿轮
冷锻成形作为研究对象,开展直齿轮冷锻成形工艺与成形过程的数值模拟研究,对于丰富和发展冷锻成形工艺理论与技术,提高直齿轮零件冷精锻成形工艺
设计水平和成形件质量,优化模具结构参数具有重要意义.直齿轮的冷锻成形,属于复杂的三维变形,多种因素影响齿轮的成形和精度.该文利用弹塑性有限
元分析软件ANSYS对成形过程进行了数值模拟,分析研究了分流口直径大小对成形过程中的成形力和齿形充填性的影响;提出了凸模端面形状函数概念,并
具体分析了端面形状函数对齿形充填性和材料变形不均匀性的影响;获取了成形过程中的应力应变场、位移场及金属流动情况,分析了变形规律,探讨了主
要因素对齿轮成形和精度的影响,对直齿轮冷锻成形工艺及模具设计起到了重要的指导作用.在数值模拟分析结果的基础上,应用精密塑性成形理论,对直
齿轮的冷锻成形工艺和模具结构进行了合理设计.指出运用锻造分流原理是有效降低工作载荷的重要途径,采用带倾角凸模可以大大改善齿轮锻造过程中
齿形径向充填性问题.最后,利用坐标网格法对成形过程金属变形的流动情况进行了实验验证,说明了成形工艺方案的可行性和合理性.
7.期刊论文 董文俊.孙秦.DONG Wen-jun.SUN Qin 精确建模条件下标准直齿轮啮合传动分析 -机械设计与制造
2009,""(6)
通过一实例阐述了在有限元分析软件ANSYS中直齿轮的精确建模方法,并说明了齿轮的设计原理,如何建立一对标准安装的啮合齿轮的力学模型.然后
划分网格,生成有限元模型,运用完全牛顿一拉普森方法进行接触应力的动力学静态求解,模拟齿轮啮合过程,并找出应力危险点.
8.学位论文 安春雷 点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的研究 2008
齿轮是机械传动中应用最为广泛的零件，也是最容易出现故障的零件。目前，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展，这对于
齿轮传动特性提出了更高的要求。而齿轮啮合传递误差是造成齿轮传动系统噪声和振动的主要原因，其中齿轮扭转啮合刚度的变化加剧了齿轮的传递误
差，特别是在齿轮有缺陷的情况下，引起系统的噪音和振动更大。因此，研究齿轮的扭转啮合刚度，对于理解齿轮产生传动误差和系统噪音的原因以及
齿轮故障诊断具有深刻的意义。
三维有限元接触模型的建立是正确进行有限元分析的重要前提。本文采用ANSYS的APDL命令参数化建模，选用自底向上建模方式，采用自由划分与映
射划分相结合，实现无缺陷与有缺陷直齿3D接触齿轮的精确建模。
计算齿轮的扭转啮合刚度必须分析接触问题。在对齿轮模型进行三维接触分析时，必须对齿轮进行正确加载，边界的约束和载荷施加位置的正确与
否关系到问题是否得到求解。
根据扭转啮合刚度定义，分别计算了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮模型的扭转啮合刚度，研究了点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响。本文主
要完成了以下几个方面的工作:
1.回顾了最近几十年研究者所建立的不同目的的齿轮数学模型和有限元模型。
2.根据齿轮传动的几何参数完成了齿轮在ANSYS环境下的精确建模，建立了相互啮合齿轮的有限元接触模型，模拟齿轮传动状态。
3.利用赫兹公式对渐开线齿轮的齿面接触应力进行了解析计算，并与渐开线直齿轮的接触应力的有限元分析进行比较，为计算齿轮的扭转啮合刚度
奠定了基础。
4.通过连续旋转齿轮，改变其接触位置，计算了两种运行状态下，不同接触位置上的扭转啮合刚度。
5.研究含有局部点蚀和剥落和无局部点蚀和剥落齿轮的扭转啮合刚度的特性，比较有点蚀和剥落和无点蚀和剥落齿轮的扭转啮合刚度变化情况，得
出分析结论。
6.建立了16自由度的齿轮副非线性动力学模型，分析了齿轮扭转啮合刚度在齿轮故障诊断中的应用。
最后对全文进行了总结和对以后工作的展望。
9.期刊论文 李强.刘丽军.翁海珊.张桂霞.张洪祥.LI Qiang.LIU Li-jun.WENG Hai-shan.ZHANG Gui-xia.ZHANG
Hong-xing 复杂结构渐开线直齿圆柱内齿轮有限元模型的建立 -煤矿机械2008,29(5)
介绍了在ANSYS平台下建立圆柱内齿轮三维有限元模型的方法,并运用此法建立了复杂结构圆柱内齿轮的三维有限元模型.在建模过程中,运用APDL编
制了创建渐开线齿廓的通用命令流,极大地提高了渐开线直齿轮建模的效率.规则网格有限元模型的建立,为内齿轮的精确分析奠定了基础.
10.学位论文 王钦 基于接触分析的齿轮建模和齿廓修形研究 2008
随着风力发电向大功率发展，对风力发电机组动力装置增速器提出了更高的要求。深入研究风力发电机组增速器齿轮传动系统，特别是齿轮修形技
术，对提高增速器齿轮传动的承载能力与传动平稳性有理论指导意义。
本文针对大重减速机厂引进的兆瓦级风力发电机组增速器齿轮传动系统进行消化研究，提出一种齿廓修形设计方法，为开发更大功率的风机增速器
提供技术支持。根据齿轮啮合原理在ANSYS中建立齿轮三维参数化有限元分析模型，并采用接触方法对齿轮啮合载荷和传动误差进行分析，在此基础上结
合齿轮共轭啮合原理提出一种齿廓修形初值方案。
1.介绍了有限元接触分析理论，为增速器齿轮传动的接触分析提供理论基础。根据渐开线齿轮啮合原理推导出渐开线方程、渐开螺旋面方程、齿根
过渡曲线方程及其重合度方程，以此为基础在有限元分析软件ANSYS中采用APDL建立齿轮传动三维参数化有限元模型，结合SQL Server和齐次坐标变换对
有限元模型进行接触面网格细化和轮齿微观修形，并参数化地建立接触分析的接触对。
2.利用ANSYS有限元接触分析分别计算单齿对和双齿对齿轮啮合全过程的应力变化和传动误差波动情况，分析确定接触算法和参数的选取对结果的影
响，并分析ANSYS最大应力与赫兹接触最大应力产生偏差的原因，验证了整套建模计算方法的准确性。
3.根据双齿对齿轮啮合原理分析传动误差突变的原因，提出齿廓修形初值方案。采用有限元接触分析对双齿对齿轮齿廓修形方案进行优化分析，确
定最佳齿廓修形方式，并对不同修形量下的传动误差和强度进行了分析对比。分析结果表明：双齿啮合直齿轮传动误差波动在齿廓修形后得到很大改善
，单齿接触载荷变化更平稳，传动质量有很大提高，证明本文采用有限元接触分析进行齿廓修形是可行的。
引证文献(8条)
1.辛经纬.王生泽 齿轮修形及其实现方法研究[期刊论文]-机械 2009(5)
2.辛经纬 按齿轮刚度理论进行齿廓修形及其加工方法[期刊论文]-上海工程技术大学学报 2009(1)
3.石沛林.徐冠林.刘昭度.苗立东 基于有限元分析的EPS助力电机轴等效刚度确定[期刊论文]-拖拉机与农用运输车
2009(2)
4.李杰.孙青军.王乐勤 渐开线齿轮的接触分析[期刊论文]-工程设计学报 2009(1)
5.安春雷.韩振南 点蚀与剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的分析[期刊论文]-振动测试与诊断 2008(4)
6.袁敏.齐传刚.郑志昊 接触式楔块逆止器的力学分析[期刊论文]-煤矿机电 2008(5)
7.赵桂范.郭亚昌.柳东威 基于啮合过程的渐开线直齿圆柱齿轮接触应力分析[期刊论文]-机械设计与制造 2008(3)
8.徐跃进 基于ANSYS的锥齿齿轮强度分析[期刊论文]-机械设计 2007(7)
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基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析.pdf
