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隨著我國汽車、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)基地是我國齒輪制造業(yè)的總體發(fā)展戰(zhàn)略，并已經(jīng)成為我國眾多齒輪制造商的共識。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，這就對齒輪有限元分析計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軟件中分別對理想模型和誤差模型進行齒輪接觸強度分析。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，拉伸形成實體和陣列輪齒。具體的齒輪參數(shù)化建模步驟可參考文獻。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)下完成裝配過程，最終結(jié)果如圖所示。應(yīng)用MATLAB軟件對漸開線輪廓進行加噪聲處理，噪聲服從正態(tài)分布的隨機誤差，在全域內(nèi)離散成50個節(jié)點，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。通過此方法建立本文中所涉及到的所有誤差模型，具體建模過程不再贅述。
本文通過在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)針對不同精度等級情況下的誤差模型進行應(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級齒輪做接觸應(yīng)力分析，通過查找機械手冊可知齒輪參數(shù)，通過對單個齒的齒形進行修改，重新陣列生成外齒輪，通過在ANSYS軟件中修改摩擦因數(shù)來模擬齒輪精度的表面粗糙度值。按照表2中的5級標準建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.12，對其進行應(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級標準建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.14，對其進行應(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級標準建立誤差齒輪模型，并在ANSYS軟件中對齒輪輸入摩擦因數(shù)為0.14，對其進行應(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，說明齒輪接觸應(yīng)力隨著齒輪精度對齒面接觸應(yīng)力的影響是正比例關(guān)系。
2)從圖可以看出，最大應(yīng)力點多數(shù)情況下出現(xiàn)在齒輪的齒頂部，也就是說，如果采用輪廓修形，將可以轉(zhuǎn)移最大應(yīng)力點，從而較大幅度地提高齒輪副的承載能力。
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