基于weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算
一种考虑温度影响的直齿圆柱齿轮时变啮合刚度计算方法与流程

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齿轮变位对啮合刚度影响的数值仿真

齿轮变位对啮合刚度影响的数值仿真王志钦王晓笋王施茹巫世晶(武汉大学动力与机械学院,湖北武汉430072)摘要为探究齿轮变位对啮合刚度的影响,采用两种不同方法计算齿轮啮合刚度:一是运用Pro/E二次开发对齿轮进行参数化建模,并将齿轮模型导入Abaqus软件进行有限元仿真计算,根据计算结果得出不同变位系数齿轮的时变啮合刚度曲线;二是基于能量法的解析法计算得出时变啮合刚度曲线。
结果表明,在一定范围内,齿轮啮合的重合度随齿轮变位系数的增大而减小,齿轮的平均啮合刚度随齿轮变位系数的增大而减小。
关键词齿轮变位啮合刚度参数化建模接触有限元能量法Numerical Simulation of the Influence of Gear Modification on the Meshing StiffnessWang Zhiqin Wang Xiaosun Wang Shiru Wu Shijing(School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan430072,China)Abstract In order to explore the influence of gear modification on the meshing stiffness,two different methods are used to calculate the gear meshing stiffness.First,the gear is parametrically modeled by Pro/E sec⁃ondary development,and the gear model is imported into Abaqus software for finite element simulation calcula⁃tion.The time-varying mesh stiffness curve is obtained through data processing.Second is based on the energy method of the analytical method to calculate the time-varying mesh stiffness curve.The results show that within a certain range,the coincidence degree of gear meshing decreases with the increase of gear displacement coeffi⁃cient and the average meshing stiffness of the gear decreases as the gear displacement coefficient increases.Key words Gear modification Meshing stiffness Parametric modeling Contact finite element Ener⁃gy method0引言齿轮传动系统具有承载能力强、传动效率高、工作可靠、寿命长和结构紧凑等特点,是机械传动装置中最重要、应用最广泛的一种传动形式[1]。
一种齿轮时变啮合刚度的通用计算方法

一种齿轮时变啮合刚度的通用计算方法李大磊; 李安民; 张二亮【期刊名称】《《重庆理工大学学报(自然科学版)》》【年(卷),期】2019(033)010【总页数】6页(P61-66)【关键词】时变啮合刚度; 势能法; 有限元法; 装配误差【作者】李大磊; 李安民; 张二亮【作者单位】郑州大学机械工程学院郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TH132.4齿轮箱是现代机械传动系统中的重要部件之一,由于其恒定的传动比、大功率及高效率等特点,被广泛应用于各类工程机械。
振动与噪声是评价齿轮箱工作性能的主要指标,齿轮在传动过程中啮合刚度的时变特性是引起齿轮箱产生振动与噪声的主要原因[1]。
因此,齿轮时变啮合刚度的计算研究得到了国内外学者的广泛关注。
齿轮时变啮合刚度的计算方法主要分为3类:基于势能原理的解析法[2-7]、基于有限元的数值计算方法[8-11]和解析有限元法[12-15]。
势能解析法的基本思想是视轮齿为基圆上的变截面悬臂梁,并根据弹性力学理论,推导齿轮啮合过程中储存在轮齿中的应变能,进而计算齿轮啮合刚度。
Yang等[2]考虑了轮齿的弯曲势能、径向压缩势能以及轮齿接触赫兹能,计算了齿轮的啮合刚度;Wu等[3]进一步考虑了齿轮啮合时的剪切变形能,完善了解析算法;Wan和Xiang等[4-5]考虑了轮齿基体的应变能和齿轮基圆与齿根圆不重合的情况,提高了解析法的计算精度,但也增加了算法的复杂度。
随着有限元软件几何建模能力的日益增强,基于数值分析的齿轮啮合刚度计算也得到了重视和发展,其主要途径有:① 通过有限元方法分析计算轮齿接触部位沿啮合方向的位移量,提取啮合轮齿的法向载荷,根据刚度的定义计算齿轮的啮合刚度,如:唐进元等[8]应用有限元分析软件构建螺旋锥齿轮模型并计算出法向接触力和综合弹性变形量,得到单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度;Song等[9]利用有限元法研究了渐开线行星轮系的扭转刚度。
② 在准静态条件下(转速很低),通过计算齿轮副的传递误差,获得齿轮的啮合刚度。
浅论齿轮刚度的计算全文

浅论齿轮刚度的计算齿轮刚度计算首先要计算轮齿变形,计算轮齿变形的方法一般有3种,分别是材料力学,数学弹性力学和有限元法.在所有计算方法中,最早使用的是材料力学方法.根本方法是先将轮齿简化为弹性根底上的变截面悬臂梁,即轮齿任意啮合点处的方向力的作用下产生的法向弹性变形.这主要是由三局部组成:1〕齿部的弯曲剪切变形,2〕由齿根弹性引起的附加变形,3〕啮合点处的接触变形.主要就非常简便而且利于计算,只是需要先对轮齿模型进行简化,不同的轮齿模型需要有不同的方式进行计算.比拟常见的方法有Weber-Bnschek法,石川法和数值方法等.Weber-Bnschek方法的依据是轮齿在法向力Fn作用下,沿啮合线方向发生了变形,这时法向力所做的功应与变形能相等.石JI法是把齿轮简化为梯形和矩形模型进行计算.数学弹性力学方法的根本思想就是把齿轮轮齿的受载变形问题简化为一个半无限体的受载变形,利用保角映射函数把轮齿的曲线边界C映射为直边边界场.这样可以应用弹性力学中平面问题的复变函数解答求解集中力作用下的半无限体的位移场,再由此确定受载轮齿的位移场.康凝用有限元方法计算了渐开线直齿内齿轮的轮齿刚度,其最后得到的渐开线直齿内齿轮的载荷作用点的轮齿刚度的计算公式为[2-3]:1 C=(E/)(入x+1)B(x+1)CX10-9(3)式中:=0.0011Z2-0.1381Z+12.8587B=-0.0056Z+1.0483C=-0.0002Z+0.0376计算由轮齿任意啮合点k处的法向弹性变形6k以后,单个轮齿的啮合刚度即可求由kk=Fk6k,应该说明的是轮齿在不同的啮合点啮合时6k是不同的,因此轮齿的啮合刚度也是啮合点位置的函数.一对轮齿i啮合时,在啮合力的作用下,主从动轮齿都会发生弹性变形.假设将单个轮齿视为一个弹簧,那么相啮合的一对轮齿可视为一对串联的弹簧.设k1,k2分别为主、从动齿轮在啮合点处法线方向的啮合刚度,那么一对轮齿的综合啮合刚度kvi为kvi=k1k2k1+k2,由于k1,k2是啮合点位置的函数,因此齿对i的综合啮合刚度kvi也是齿对啮合刚度的函数,具有时变性.图1啮合刚度K(X)曲线为啮入点、B为啮由点、C为节点,重合度为£.由于在一般情况下,直齿轮的重合度1w£2,因此在一对齿啮合和两对齿啮合的交替,一对齿是一组串联的弹簧,两对齿就是两组这样串联的弹簧并联,那么kv=kv1+kv2o斜齿轮啮合刚度计算与直齿轮啮合刚度的计算不同,由于在斜齿轮传动中轮齿啮合的接触线是倾斜的,接触线上的载荷分布1是非均匀的,因此斜齿轮轮齿不能简化为二维平面问题,必须作为三维问题进行分析,因而其弹性变形的计算就更为复杂.梅泽清彦得由求斜齿轮刚度计算公式:k=[(-0.166XbH+0.08]X(B0-5)+44.5]Xexp[0.322X(B0-5)+(0.23XbH-23.26)Xx3](4)有限元法是现在计算斜齿轮轮齿最有效的方法.它主要有3类,一种是使用有限元法求在给定载荷作用下的轮齿变形,第二 种是通过对大量计算结果的回归分析得到变形计算公式,第三种 是采纳接触问题有限元法,考虑多对轮齿的同时啮合及轮齿的接 触变形,进行轮齿的啮合接触分析.一般在进行齿轮刚度计算时,可以采纳简化的方法来进行计 算.图2轮齿刚度曲线CQ=20.80-49.5/z1-38.8/z2+40(5)C=CE=13.83-31.5/z1-20.5/z2+40Ex/Ez(6)CD=CB=20.86-53.7/z1-44.7/z2+25a/Zz(7)式中:CCBCDCE 分另I 」代表图中 z1z2x1x2分别代表齿轮1,2的齿数和变位系数,Ex 、*分别为两齿轮变位系数之和与齿数之和.CD 代表平均双对齿啮合刚 度,Cr 代表整个啮合过程的综合啮合刚度,其计算式如下x1/z1+x2/z2)+60入/ (x1/z1+x2/z2)+45 (x1/z1+x2/z2)+45 BDE 点的啮合刚度,CD=C+CD=CB+CE=0.5 (C+CD+CB+CE)(8)Cr=CD(£优1)+0.5(CD+CQ)(2-£a)(9)利用上述公式进行计算得(变位系数均为0),通过上述公式,可以计算由齿轮对的啮合刚度.(郑州华信学院机电工程学院)。
基于Workbench的齿轮啮合振动分析

基于Workbench的齿轮啮合振动分析李添翼;武志斐;王铁;王道勇【摘要】齿轮的振动能快速、全面地反映其运转状态,有限元法能更为准确模拟轮齿啮合过程,求解啮合刚度进而研究其振动响应.联合利用Hypermesh 和Workbench对啮合齿轮模型进行有限元仿真,得出齿轮啮合时变刚度.利用MATLAB求解齿轮系统动力学模型得到动力学响应.通过机械式封闭功率流试验台对仿真结果进行试验验证.试验结果表明仿真分析得到的结果与试验结果基本相符.利用有限元方法求解啮合刚度进而研究振动响应有更高的可靠性和准确性,为齿轮振动的研究及改善提供方法参考.%The vibration of gear reflects its operating state quickly and comprehensively.The finite element method can be used to simulate the gear meshing process more accurately, and solve the meshing stiffness and study its vibration response.The finite element simulation of the meshing gear model is carried out by using Hypermesh and Workbench, and the time-varying meshing stiffness can be solved.The dynamic response of the gear meshing process is obtained by using MATLAB.Results of simulation agree well with those of experiments by mechanical test-bed of closed flow.The results of research turn out that the finite element method is reliable and accurate to solve the meshing stiffness and the result can be used to study the dynamic response, and the method is provided for the research and improvement of the gear vibration.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)024【总页数】6页(P49-54)【关键词】有限元方法;时变啮合刚度;动力学模型;齿轮振动特性【作者】李添翼;武志斐;王铁;王道勇【作者单位】太原理工大学齿轮研究所,太原 030024;太原理工大学齿轮研究所,太原 030024;太原理工大学齿轮研究所,太原 030024;太原理工大学齿轮研究所,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH132.41齿轮系统是各种机器和机械装备中应用最为广泛的动力和运动传递装置,其力学行为和工作性能对整个机器有重要的影响[1]。
基于渐开线齿轮精确建模的啮合刚度的数值计算

{ 0 l t o o t h p r o i f l e mo d fc i ti a o n t o r e d u c e t h e v i b r a t i o n d u r i n g t h e ea g r m e s h i n g .
i s m a d e o n t h e n u me r i c a l i n t e g r lf a o r mu l a b se a d o n We b e r e n e r g y me t h o d, a n d t h e 0’ D o n n e l l c o e f ic f i e n t s i s i n t r o d u c e d w i t h
机 械 设 计 与 制 造
Ma c h i n e r y De s i g n & Ma n u f a c t u r e
ห้องสมุดไป่ตู้
第 2期 2 0 1 3年 2月
基 于渐开线齿轮精确建模 的啮合 刚度 的数值计算
张奎 晓 , 胡 鹏, 张 义民
1 1 0 8 1 9 ) ( 东北大学 机械工程与 自动化学院, 辽宁 沈阳
摘
要: 给 出 了基 于齿轮 加 工 工 艺的 渐 开线 齿轮 精 确建模 的方 程 , 对基 于 We b e r 能量 法 的数值 积 分公 式 进行 了详 细 的推
导, 基体变形量引入 了0’ D o n n e l l 的基体变形 因子, 并采用最大变形条件定义基点 M。 通过计算单对轮齿啮合的总变形量 来计算啮合 刚度。编制 了 M a t l a b计算程序 , 将得到的数值计算结果与 1 S 0 6 3 3 6 、 日本机械学会得到结果相 比较 , 该方法得 出的数据误 差小、 准确, 可以很好 的指导齿廓修形 , 以减少齿轮啮合过程 中的振动冲击。 关键词 : 渐开线齿轮 ; 精确建模 ; We b e r 能量法; 啮合刚度 ; I S O6 3 3 6
一种直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副时变啮合刚度的计算方法[发明专利]
![一种直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副时变啮合刚度的计算方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e1edf2aa336c1eb91b375d83.png)
专利名称:一种直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副时变啮合刚度的计算方法
专利类型:发明专利
发明人:孙亚林,何国林,丁康
申请号:CN201811449533.2
申请日:20181130
公开号:CN109783840A
公开日:
20190521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副时变啮合刚度的计算方法。
该方法包括以下步骤:S1、基于势能法分别计算直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副中内齿轮、外齿轮的单齿啮合刚度;S2、由几何关系分别将内外齿轮单齿啮合刚度转变为关于外齿轮角位移的函数;S3、通过齿轮角位移判断出齿轮对啮合所处阶段是单啮合还是双啮合,并基于刚度串并联理论,计算直齿圆柱齿轮内啮合齿轮副时变啮合刚度值。
本发明一方面可弥补现阶段齿轮在内啮合下时变刚度计算方法的空缺,另一方面在发挥解析法高精度优势的基础上结合齿轮几何信息可简化求解提高计算效率。
申请人:华南理工大学
地址:510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍:CN
代理机构:广州粤高专利商标代理有限公司
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基于改进能量法的行星齿轮时变啮合刚度求解

基于改进能量法的行星齿轮时变啮合刚度求解
张慧玲
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2018(42)8
【摘要】时变啮合刚度是研究行星齿轮故障机理的重要参数。
在考虑基圆与齿根圆之间关系的情况下,以齿数为参量,建立了一个改进的悬臂梁模型。
对行星齿轮的各对齿轮啮合的时变啮合刚度进行分情况讨论,在考虑轮体刚度的基础上,应用能量法求解更加准确的轮齿时变啮合刚度。
在该方法的基础上,分别求解太阳轮、行星轮、内齿圈存在裂纹时各对轮齿啮合的时变啮合刚度,并分别探究裂纹深度和裂纹角度对时变啮合刚度的影响。
该研究为掌握行星齿轮故障机理提供了理论帮助。
【总页数】7页(P91-97)
【关键词】行星齿轮;啮合刚度;裂纹;故障激励
【作者】张慧玲
【作者单位】新乡职业技术学院汽车技术系
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.41
【相关文献】
1.行星齿轮系统时变啮合刚度研究 [J], 李宽阳;陈彩凤;张亮;胡永安
2.基于改进能量法的直齿轮时变啮合刚度计算 [J], 马辉;逄旭;宋溶泽;杨健
3.基于全齿廓普遍方程的齿轮时变啮合刚度改进算法 [J], 黄金凤;张飞斌;崔玲丽;
陈雄飞
4.基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型 [J], 蒋超阳;王衍学;赖俊杰
5.基于有限元法的疲劳点蚀斜齿轮时变啮合刚度分析与试验研究 [J], 李金锴;陈勇;臧立彬;毕旺洋;杨小朋
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基于weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算
文章标题:基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算
一、引言
在机械传动系统中,直齿轮是一种常见的机械元件,其传动效率和稳
定性对整个系统的性能起着至关重要的作用。
而直齿轮啮合刚度则是
评估其传动性能的重要参数之一。
本文将基于Weber能量法,探讨直齿轮时变啮合刚度的数值计算方法,以期为工程实践提供有益的参考。
二、Weber能量法概述
Weber能量法是一种广泛应用于机械系统分析的方法,其核心思想是通过对系统的能量变化进行分析,推导出系统的基本动力学方程。
在
直齿轮系统中,Weber能量法可以有效地描述啮合过程中的能量转换和传递关系,从而为计算啮合刚度提供了理论基础。
三、直齿轮啮合刚度的基本概念
啮合刚度是指在一定啮合几何条件下,轴向载荷改变时,啮合点处齿
轮轴向位移与载荷之比的物理量。
直齿轮啮合刚度是对直齿轮在啮合
过程中的刚度特性进行描述的重要参数,其大小和变化对于齿轮传动的动态特性具有重要影响。
四、基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算
1. 通过Weber能量法建立直齿轮系统的动力学模型,考虑齿轮的轴向位移、载荷和啮合几何条件等因素。
2. 根据啮合接触几何关系和实际工况条件,确定直齿轮系统的能量变化规律。
3. 建立直齿轮系统的动力学方程,利用Weber能量法推导出直齿轮啮合刚度的数值计算公式。
4. 通过数值计算的方法,对直齿轮啮合刚度在不同工况下的变化规律进行分析和评估。
5. 结合实际工程案例,验证基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算的有效性和准确性。
五、个人观点和总结
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算,是一种理论与实践相结合的方法,可以有效地描述直齿轮系统的动力学特性,为工程实践提供了有益的参考。
在实际工程中,我们可以根据该方法计算并优化直齿轮系统的传动性能,提高其工作效率和稳定性。
对于未来的研究方向,我认为可以进一步探讨基于Weber能量法的直齿轮系统动
态响应特性分析,为直齿轮传动系统的设计和优化提供更多的理论支
持和实用方法。
总结而言,基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算是一个具有重要理论和实践意义的课题,其研究成果将有助于提高直齿轮传
动系统的设计水平和工作性能,促进机械传动技术的发展和应用。
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如果需要
进一步修改或补充其他内容,请随时告知。
六、直齿轮时变啮合刚度
数值计算的工程应用
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法在工程实践中具有广泛的应用价值。
该方法可以为直齿轮传动系统的设计优化提供
重要的理论支持。
通过对直齿轮系统的动力学特性进行分析和计算,
可以更准确地预测系统的传动性能,为工程师在设计阶段提供重要参考,从而优化传动系统的结构和工作参数,提高其工作效率和稳定性。
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法还可以为直齿轮传动系统的动态特性分析提供重要的数据支持。
在实际工程中,传
动系统的动态特性对系统的可靠性和稳定性具有重要影响。
通过对直
齿轮系统的啮合刚度进行数值计算和分析,可以更准确地描述系统的
动态响应特性,为工程师在系统设计和工作过程中提供科学依据,从
而确保传动系统的安全可靠运行。
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法还可以为直齿轮系统的故障诊断和故障预测提供重要的技术支持。
通过对系统的啮合刚度进行实时监测和分析,可以及时发现系统的异常情况,预测可能发生的故障,从而采取相应的维护和修复措施,确保传动系统的长期稳定运行。
七、进一步探讨
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法为直齿轮传动系统的设计、优化和故障诊断提供了重要的理论和实践支持。
然而,目前的研究主要集中在静态和定态情况下的啮合刚度计算,对于动态工况下的啮合刚度变化特性尚未深入研究。
未来的研究方向可以进一步探讨基于Weber能量法的直齿轮系统动态响应特性分析,以及在实际工程应用中的更多案例研究。
另外,随着工程技术的不断发展和进步,新材料、新工艺的应用也将对直齿轮传动系统的设计和性能提出新的挑战。
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法也需要不断进行更新和改进,以适应新材料、新工艺和新工程要求。
八、总结
基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法是一个具有重要理论和实践意义的课题。
该方法不仅可以为直齿轮传动系统的设计和优化提供重要的理论支持,还可以为系统的动态特性分析和故障诊断提供重要的技术支持。
未来的研究方向应重点关注直齿轮系统动态响应特性分析和在实际工程应用中的更多案例研究,同时也需要不断更新和改进该方法,以适应新材料、新工艺和新工程要求。
相信通过持续的研究和改进,基于Weber能量法的直齿轮时变啮合刚度数值计算方法将为直齿轮传动技术的发展和应用做出重要贡献。