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隨著我國(guó)汽車、摩托車制造業(yè)的迅速發(fā)展，汽摩齒輪制造業(yè)也得到了空前快速的發(fā)展。盡快成為汽摩齒輪的全球制造與供應(yīng)基地是我國(guó)齒輪制造業(yè)的總體發(fā)展戰(zhàn)略，并已經(jīng)成為我國(guó)眾多齒輪制造商的共識(shí)。齒輪在汽車行業(yè)中的需求量很大且精度要求較高，內(nèi)齒輪主要應(yīng)用于減速器中，這就對(duì)齒輪有限元分析計(jì)算精度提出了很高的要求，高精度齒輪分析是輪齒承載能力、振動(dòng)和噪聲性能研究的基礎(chǔ)。 本文以內(nèi)嚙合齒輪副為研究對(duì)象，以Pro/E軟件參數(shù)化建模為基礎(chǔ)，建立了理想內(nèi)嚙合齒輪模型和誤差內(nèi)嚙合齒輪模型，在ANSYS軟件中分別對(duì)理想模型和誤差模型進(jìn)行齒輪接觸強(qiáng)度分析。下述給出分析工作的具體步驟。
內(nèi)、外齒輪理想模型的建立包括：創(chuàng)建齒輪的基本圓，創(chuàng)建漸開線，鏡像漸開線，拉伸形成實(shí)體和陣列輪齒。具體的齒輪參數(shù)化建模步驟可參考文獻(xiàn)。本文考選用的內(nèi)、外嚙合齒輪為：外齒輪齒數(shù)為25，模數(shù)為2mm，內(nèi)齒輪齒數(shù)為50，模數(shù)件中完成建模并在組建狀態(tài)下完成裝配過(guò)程，最終結(jié)果如圖所示。應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)漸開線輪廓進(jìn)行加噪聲處理，噪聲服從正態(tài)分布的隨機(jī)誤差，在全域內(nèi)離散成50個(gè)節(jié)點(diǎn)，誤差均值為0，方差為0.04，生成漸開線輪廓如圖所示。在Pro/E軟件中導(dǎo)入誤差點(diǎn)文件，生成誤差漸開線，并依據(jù)上述建立齒輪方法生成誤差模型。通過(guò)此方法建立本文中所涉及到的所有誤差模型，具體建模過(guò)程不再贅述。
本文通過(guò)在ANSYS軟件中改變齒輪嚙合的摩擦因數(shù)，建立了齒輪的誤差模型，現(xiàn)針對(duì)不同精度等級(jí)情況下的誤差模型進(jìn)行應(yīng)力分析。在Pro/E軟件中完成不同齒輪精度的參數(shù)化建模，本文選擇5,6,7級(jí)齒輪做接觸應(yīng)力分析，通過(guò)查找機(jī)械手冊(cè)可知齒輪參數(shù)，通過(guò)對(duì)單個(gè)齒的齒形進(jìn)行修改，重新陣列生成外齒輪，通過(guò)在ANSYS軟件中修改摩擦因數(shù)來(lái)模擬齒輪精度的表面粗糙度值。按照表2中的5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對(duì)齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.12，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)果如圖所示。從圖可以看出，誤差模型的最大應(yīng)力發(fā)生在已經(jīng)嚙合的3個(gè)齒上，尤其是剛剛產(chǎn)生嚙合的內(nèi)齒輪齒頂上，最大數(shù)值為239.9 MPa。按照表中的6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對(duì)齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.14，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)果如圖所示。從圖可以看出，誤差模型的最大應(yīng)力發(fā)生在已經(jīng)嚙合的3個(gè)齒上，尤其是剛剛產(chǎn)生嚙合的內(nèi)齒輪齒頂上，最大數(shù)值為256.27 MPa。按照表中的7級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對(duì)齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.14，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)果如圖所示。從圖可以看出，誤差模型的最大應(yīng)力發(fā)生在剛剛產(chǎn)生嚙合的內(nèi)齒輪齒頂上，最大數(shù)值為265MPa。
1)對(duì)比不同精度的誤差齒輪，由數(shù)據(jù)可知，隨著誤差齒輪精度等級(jí)的增大，最大應(yīng)力也隨之增大，發(fā)生最大應(yīng)力的部位在減小，說(shuō)明齒輪接觸應(yīng)力隨著齒輪精度對(duì)齒面接觸應(yīng)力的影響是正比例關(guān)系。
2)從圖可以看出，最大應(yīng)力點(diǎn)多數(shù)情況下出現(xiàn)在齒輪的齒頂部，也就是說(shuō)，如果采用輪廓修形，將可以轉(zhuǎn)移最大應(yīng)力點(diǎn)，從而較大幅度地提高齒輪副的承載能力。
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