齿轮传动啮合接触冲击分析与研究

齿轮传动啮合接触冲击分析与研究
作者：刘洋阎宇征
来源：《科学与信息化》2019年第22期
摘要齿轮在现代工业领域中的应用十分广泛，齿轮传动啮合接触也受到了研究人员的重点关注。

本文首先阐述了齿轮传动啮合接触冲击的研究现状，然后对齿轮传动啮合接触冲击进行分析，最后对齿轮传动啮合接触冲击未来研究趋势进行预测，希望能够为相关行业提供借鉴。

关键词齿轮；传动啮合；接触冲击
引言
不管是大齿轮还是小齿轮，在传动啮合时必然会发生接触冲击，这种接触冲击不可避免。

可以通过使用润滑剂的方式，减少冲击效应，但是这种方法的效果极为有限，无法彻底解决齿轮损伤问题。

因此对齿轮传动啮合接触冲击进行分析，具有十分重要的意义。

1 齿轮传动啮合接触冲击的研究现状
现阶段，随着工业的不断发展，齿轮传动作为工业生产过程中的动力传导方式，受到了研究者的广泛关注。

从研究现状上看，齿轮传动啮合会产生噪声和振动，对噪声和振动进行控制是齿轮传动啮合接触冲击的主要研究目的。

在目前的各项研究中，大多数研究将关注点放在了以下方面：①齿轮侧间隙内可能发生的冲击情况；②齿轮在生产过程中，因误差而导致的啮入啮出现象。

除了上述两项种现象之外，齿轮传动啮合接触同样会引发冲击现象，因此，研究者需要在未来加强这方面的研究[1]。

2 齿轮传动啮合接触冲击分析与研究
现阶段，齿轮被广泛应用于各个领域之中，尤其是在工业领域中的应用，取得了良好的效果。

再加上现代科学技术水平的提升，更是促进了齿轮的发展，齿轮间的配合程度和动力水平显著提升。

目前，相关领域在研究齿轮传动啮合接触冲击时，主要是通过LS-DYNA软件的使用，对齿轮间的冲击前后转速和冲击合力关系情况进行计算，在得到准确计算结果后加以明确。

一般情况下，在对主动轮施加冲击压力后，其转速不断下降趋势十分明显，但其产生的冲击合力却与转速截然相反，呈现出不断上升的趋势。

在恢复阶段，主动轮的反向速度会逐渐增加，在冲击前初始速度和冲击合力为归零时，主动轮反向速度会停止增加。

由上述分析得知，齿轮传动啮合接触冲击现象，具有复杂且反复的基础冲击过程，且容易受到多种因素的影响。

本文对齿轮运动和几何特性对接触冲击的影响进行考虑，并通过建立冲击模型的方式，对齿轮传动啮合接触冲击进行研究，具体表现在以下方面：
2.1 取值
模型取值：设模数为4，齿轮宽度为40mm，密度为7.8g/m3，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3。

通过有限元法的使用，将模型划分为280000个单元和312000个节点。

2.2 求解结果分析
本文利用LS-DYNA軟件进行模型计算，得到了以下结论：
（1）齿轮传动啮合接触冲击时间与速度和位置间的关系。

对于齿轮传动啮合接触冲击而言，在利用LS-DYNA软件计算接触冲击时间时，需要将接触判断准则作为依据，以确保计算的准确性。

与此同时，还要保证基础压力存在时间与接触冲击时间的一致性。

在具体处理过程中，还要考虑实际的加工状况。

一般情况下，需要提前设定一个数值大于零的压应力，在基础压力大于预先设定的数值时，就可以对齿轮传动啮合接触冲击现象进行判定。

大多数情况下，研究人员都会将压应力值设定为1MPa。

冲击转速会对冲击时间造成直接的影响，具体表现为冲击转速越大，冲击时间越长。

冲击转速越小，冲击时间越短。

此外，冲击位置同样会对冲击时间产生影响，如果冲击时间在节圆位置上附近为最小值，那么冲击就会沿两侧不断扩大，如图2所示。

（2）冲击应力与冲击位置和冲击转速间的关系。

在齿轮传动啮合过程中，冲击速度对冲击合力的影响十分重大。

齿轮传动啮合接触冲击现象一旦出现，就会降低工业生产的效率和质量，同时也会导致齿轮受到损伤。

因此笔者在经过实际分析后证明，随着冲击转速的不断扩大，冲击合力也会随之上升，由此可以推断出二者具有正向关联[2]。

冲击位置的不同，同样会对冲击应力产生影响，齿顶是冲击应力的最高点，冲击应力由齿顶到齿根，会呈逐渐下降的趋势。

此外，转速不同不会对最大接触应力点分布的集中区域造成改变，并且齿轮传动啮合最大接触应力点始终位于齿宽的中部区域，且不会发生改变。

但部分研究者在研究二者关系时会采用二维处理方式，但这种简单的处理方式，容易降低计算和解题的准确性，所以研究人员不应简化问题和求解方式，只有这样，方能保证的研究结果的精确性。

3 齿轮传动啮合接触冲击研究的未来趋势
传动啮合过程就是齿轮为工业生产提供动力支持的过程，然而由于受到自身特性的限制，导致齿轮在传动啮合过程中必然会产生接触冲击现象，并且接触冲击应力与多种因素具有直接的关联，常见的包括时间、位置和转速。

齿轮传动啮合会成为未来齿轮传动研究的重点内容，究其原因，主要是这项内容的可研究性和层次性较高，具有重要的研究价值。

在未来，齿轮传动啮合接触冲击研究内容，会延伸为齿轮保护和动力供应持久性的保持措施等内容。

4 结束语
综上所述，对于齿轮传动问题，应该利用接触动力学知识建立齿轮啮合接触冲击模型，然后使用计算软件，对齿轮传动啮合模型进行计算，得到齿轮传动啮合接触冲击时间与速度和位置间的关系、冲击应力与冲击位置和冲击转速间的关系，从而为齿轮接触冲击研究提供借鉴。

参考文献
[1] 何国旗，严宏志，胡威，等.面齿轮啮合过程中齿面接触分析[J].中南大学学学报，2015，23（04）：20-23.
[2] 陈兵奎，梁栋，高艳娥，等.齿轮传动共轭曲线原理[J].机械工程学报，2015，21（06）：56-59.。