高强度轻型材料齿轮传动动态接触仿真研究

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1、高强度轻型材料齿轮传动动态接触仿真研究第4期2006年8月中国鼋;珂躇q宪阪罾瓤JournalofCAEITV01.1No.4Aug.2006高强度轻型材料齿轮传动动态接触仿真研究马磊(中国电子科学研究院,北京100041)摘要:由于航空,航天,电子等领域对重量的严格要求,研究高强度轻型材料以取代钢材,是走上第四代齿轮的热点课题.但是由于在传动过程中相互啮合的齿面相对运动为滚动兼滑动,并且,在不同的啮合位置其相对滑动速度,接触应力不断变化,所以精确仿真计算某种材料齿轮啮合过程的接触应力变化.对研究齿

2、轮材料特性十分必要.本文运用Ls—Dyna动态仿真软件,对尼龙66材料齿轮啮合过程进行了动态仿真计算并与试验结果进行了对比,此仿真方法可以运用到所有齿轮材料研究,为高强度轻型材料齿轮的进一步发展提供了新的有效途径.关键词:高强度;轻型;齿轮;动态;接触;仿真中图分类号:TP337文献标识码:A文章编号:1673—5692(2006)04—341—04TheStudyofHighStrengthandLowWeightGear'SMeshPerformanceCharacteristicsDynami

3、cContactSimulationMALeiAbstract:Duetothesternrequirementsinaviation,spaceflightandelectronics,thestudyofhighstrengthandlowweightgearstosubstitutesteelgearsiscurrentlyahottopicalongtheprogressionto—wardsthe4th—generationgears.However,gear'Smeshperforman

4、ceisslipandrol1.Suchparametersasrelativeslipvelocityandcontactstressarevariableatdifferentmeshlocations.SOitiSnecessaryforgearmaterialcharacteristicsresearchthatacertainmaterial'Sprecisecontactstressissimulatedinthemeshprocess.Nylon66gear'Smeshperforma

5、ncecharacteristicssimulationisstudiedbasedonthead—vancedthree.dimensionaldynamiccontactFEAsoftwareLS—DYNA,andtheresultiscontrastedwiththetraditionalgeartestingoutcome.Itprovesthatthisnewmethodcanbeappliedtoallgearmaterialresearch,thusprovidinganupdated

6、,effectiveapproachforthedevelopmentofhighstrengthandlowweightgears.Keywords:highstrength;lowweight;gear;dynamic;contact;simulation引随着材料工业及航空,航天,电子技术的迅速发展,高强度轻型材料齿轮在很多场合已经取代金属齿轮,并被越来越广泛地应用于运动及动力传动的场合.高强度轻型材料齿轮,如尼龙66齿轮可以采用注塑成型的方法制造,降低了制造成本,并且具有收稿日期:2006—

7、07—24修订日期:2006—08—15重量轻,噪音低,抗化学腐蚀,可无润滑传动等优点.但同时也具有弹性模量低,机械强度低等缺点,这些限制了该齿轮的使用.近年来,国内外对各种高强度轻型材料齿轮的磨擦,磨损还有其失效形式,失效机理进行了大量的研究与探索.以渐开线直齿齿轮为例,发现在传动过程中相互啮合的齿面曲率不断变化,相对运动为滚动兼滑动;并且,在不同的啮合位置其相对滑动速言日342.fr橱雹;纠学研雹阪学极2006年第4期度,接触应力不断变化,这些都增加了对齿轮材料分析的复杂性.所以对齿轮啮合的全过

8、程进行精确数值仿真是一个研究关键.2000年,林腾姣等_1]应用三维冲击一动力接触问题的有限元混合算法对齿轮传动的突加载荷冲击及啮入冲击,进行了冲击特性数值仿真.本文则运用LS—DYNA对齿轮啮合全过程接触应力变化进行了数值仿真.2建模根据齿轮材料的使用场合,结合变位系数选择原理和变位系数的计算公式(1),(2),(3)及《机械零部件手册:选型设计指南》中介绍的齿宽,模数选取方法_2J表1,表2,进行标准渐开线直齿齿轮设计,然后再进行齿轮仿真建模.经过设计,齿轮几何模