變速器主減速齒輪對(duì)有限元分析.pdf

1、變速器是汽車(chē)的重要部件,而處于常嚙合狀態(tài)的變速器主減速齒輪對(duì),作為變速器的重要零件,它承受著汽車(chē)傳動(dòng)的全部扭矩。同時(shí)因?yàn)槠?chē)頻繁的換檔和車(chē)速變化,造成變速器主減速齒輪對(duì)的壽命縮短。主減速齒輪價(jià)格昂貴,不可隨意調(diào)換,制造精度比較高。而齒輪的承載能力主要受接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的限制,因此,對(duì)主減速齒輪副的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力進(jìn)行科學(xué)的分析,就顯得十分必要。
　　本文根據(jù)某企業(yè)提供的汽車(chē)手動(dòng)變速器主減速齒輪對(duì)的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能參數(shù),實(shí)現(xiàn)了主減

2、速斜齒輪的三維參數(shù)化精確建模。盡管很多研究人員在有關(guān)CAD/CAM/CAE軟件上實(shí)現(xiàn)了“參數(shù)化”的斜齒輪建模,但這個(gè)“參數(shù)化”是在“事先手動(dòng)參與”后的實(shí)現(xiàn)的“參數(shù)化”,并不是完全的全過(guò)程參數(shù)化。另外很多研究文獻(xiàn)忽略了齒輪根部的精確造型,而這是進(jìn)行輪齒根部彎曲強(qiáng)度有限元計(jì)算的重要前提。本文建立斜齒輪的完整的實(shí)用的數(shù)學(xué)模型,所謂“完整”,既包括漸開(kāi)線齒廓,也包括過(guò)渡曲線齒廓;所謂“實(shí)用”,是指以齒厚中心線為對(duì)稱軸建立了齒廓的數(shù)學(xué)模型,這有利

3、于三維CAD建模。并基于APDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了斜齒輪的三維參數(shù)化精確建模。
　　本文對(duì)變速器在發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩(變速器最大輸入扭矩)時(shí),齒輪副的受載和約束情況進(jìn)行了分析,重點(diǎn)介紹了漸開(kāi)線斜齒輪嚙合最?lèi)杭虞d線的定義,并根據(jù)此定義對(duì)變速器主減速齒輪副的最?lèi)杭虞d線進(jìn)行了計(jì)算,利用最?lèi)杭虞d線對(duì)齒輪施加載荷。求解計(jì)算后,分別對(duì)主動(dòng)和從動(dòng)齒輪的彎曲應(yīng)力分布狀況進(jìn)行了研究,得出齒輪中較危險(xiǎn)彎曲應(yīng)力的位置,在實(shí)際的齒輪設(shè)計(jì)中可以作為理論參考,同時(shí)在

4、齒輪制造和熱處理過(guò)程中可以對(duì)彎曲應(yīng)力最大的地方考慮特殊處理,以增加齒輪的壽命和可靠性。傳統(tǒng)計(jì)算公式與有限元法算的結(jié)果相比較,計(jì)算公式得到的彎曲應(yīng)力值偏小些,說(shuō)明工程中,按有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核,是偏安全的。用有限元分析結(jié)果對(duì)彎曲強(qiáng)度進(jìn)行了校核,應(yīng)力最大值比材料彈性許用應(yīng)力小,得出齒輪彎曲強(qiáng)度儲(chǔ)備較大。這與主減速齒輪實(shí)際使用中很少發(fā)生彎曲折斷的結(jié)論是一致的。
　　本文為使齒輪副非線性接觸分析的計(jì)算速度加快,結(jié)果更精確,對(duì)齒輪副嚙合模

5、型做簡(jiǎn)化,取大齒輪的四個(gè)齒和小齒輪的三個(gè)齒進(jìn)行接觸有限元分析。建立接觸對(duì)(指定接觸面和目標(biāo)面、創(chuàng)建目標(biāo)面和接觸面單元、調(diào)整接觸初始條件),計(jì)算在載荷和約束作用下的應(yīng)力值,得出直觀的齒輪副接觸面上接觸應(yīng)力變化云圖。從圖分析知等效接觸應(yīng)力最大值為929.6MPa,齒面接觸應(yīng)力成線形分布,即沿接觸線分布,分布不均,兩端靠近中間的位置接觸應(yīng)力相對(duì)較大,中間位置相對(duì)較小,最大的接觸應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)線附近靠近齒根處。分析得出的齒輪中較危險(xiǎn)接觸應(yīng)力位置,

6、在實(shí)際的齒輪設(shè)計(jì)中可以作為理論參考,同時(shí)在齒輪制造和熱處理過(guò)程中可以對(duì)接觸應(yīng)力最大的地方考慮特殊處理,以增加齒輪的壽命和可靠性。與彎曲應(yīng)力計(jì)算結(jié)果比較分析相似,計(jì)算公式得到的接觸應(yīng)力值偏小些,說(shuō)明工程中,按有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核,是偏安全的。對(duì)接觸強(qiáng)度進(jìn)行了校核,其結(jié)果得到了合作企業(yè)的認(rèn)可,精度較高。
　　綜上所述,本文對(duì)MT21變速器主減速齒輪副的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度進(jìn)行了詳盡的分析,掌握了該齒輪副應(yīng)力分布,對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行了校核,分析