基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验

基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验摘要：斜齿轮齿廓修形可以改善斜齿轮的运行性能，通常有对齿廓角度、对齿廓深度、对齿宽度等多种方法可供选择，而接触有限元分析技术是用来研究表面接触状况的一种高效的方法。本文首先研究了斜齿轮齿廓改型的传统分析方法，然后介绍了接触有限元分析的基本原理和实现方法。在此基础上，结合斜齿轮齿廓修形的计算结果，对五种不同齿廓改型参数下的表面接触状况进行了研究，最后利用实验数据验证了接触有限元分析的准确性，得出了斜齿轮齿廓修形的最佳参数。

关键词：斜齿轮，齿廓修形，接触有限元分析，表面接触

绪论

随着科技的发展，机械传动系统的性能要求也提高，斜齿轮是传动系统中不可或缺的重要一环，其传动性能和可靠性直接影响到系统的运行效果。斜齿轮的传动质量和耐用性主要取决于其齿廓修形水平，因此如何优化斜齿轮齿廓配合就成为传动中重要的研究课题。

斜齿轮齿廓修形一般有对齿廓角度修形、对齿廓深度修形、对齿宽度修形和精调配合方向等多种方法可供选择。传统的计算方法，例如椭圆型配合理论、圆锥球型配合理论等，将数学模型建立后，利用迭代方法来求解配合参数，有一定的局限性，无法很好的反映接触变形情况。

由于传统分析方法存在局限性，随着计算机技术和有限元分析技术的发展，接触有限元分析技术已成为斜齿轮齿廓修形研究的新工具。

接触有限元分析技术是用来研究表面接触状况的一种高效方法，可以有效的模拟复杂的接触情况，反映出表面搓滑过程中的紊流状况，因此在斜齿轮齿廓修形中有着重要的应用价值。

本文的主要内容如下：第一部分主要介绍斜齿轮齿廓修形的传统分析方法；第二部分主要介绍接触有限元分析技术；第三部分主要结合斜齿轮齿廓修形的计算结果，利用接触有限元分析技术对不同齿廓改型参数下的表面接触状况进行研究，最后利用实验数据验证了接触有限元分析的准确性，提出斜齿轮齿廓修形的最佳参数。

一、斜齿轮齿廓修形的传统分析方法

1、椭圆型配合理论

椭圆型配合理论是用来研究斜齿轮接触情况的一种经典配合理论。它是基于假设：在接触过程中，工作面形成一个椭圆。其建立了一个由多个参数构成的椭圆式面型：

Kx+y2/C2+m2=1 (1)

K是椭圆的焦距，C是椭圆的短轴，m是椭圆的长轴。

根据椭圆式面型，由叶片参数m、z、α、β，其中m、z分别为齿槽宽度和深度，α、β为齿廓角度，可以求出斜齿轮对形接触的齿宽度变化情况，以此为基础确定斜齿轮的最佳接触参数。

2、圆锥球型配合理论

圆锥球型配合理论是一种改进的椭圆型配合理论，它是基于假设：在接触过程中，工作面形成一个圆锥球型的曲面。其建立了一个由三个参数构成的圆锥球型面型：

r1-r2=(A/π)cosθ (2)

其中r1、r2分别是齿面中定点和转动面连接曲线的曲线半径，θ是曲线相对齿根两边的夹角，A是齿面曲线在θ=0时的高度。

根据圆锥球型面型，由斜齿轮的参数m1、z1、α1、β1，其中m1、z1分别为齿槽宽度和深度，α1、β1为齿廓角度，可以求出斜齿轮对形接触的齿宽度变化情况，以此为基础确定斜齿轮的最佳接触参数。

二、接触有限元分析技术

接触有限元分析技术是一种用来研究表面接触状况的高效方法，由于可以有效模拟复杂的接触情况，反映出表面搓滑过程中的紊流状况，因此在斜齿轮齿廓修形中有着重要的应用价值。