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弧齿锥齿轮动频率计算及接触分析研究

李盛鹏  
【摘要】:弧齿锥齿轮是航空发动机的基本传动部件,可以传递相交轴之间的动力和运动,具有传递扭矩大、传递运动精确、可靠性高的特点。为了保证弧齿锥齿轮传动的可靠性,必须深入研究其动态性能,分析它在载荷作用下的振动和应力情况,为高性能弧齿锥齿轮的设计提供可靠的依据。 由于弧齿锥齿轮的实际工况是处于高速旋转引起的离心力和轮齿啮合力作用下的啮合状态,在这种状态下动频率与静止状态下的固有频率有一定的差异。本文基于循环对称结构的特点,建立了弧齿锥齿轮的单齿扇区有限元网格模型,通过旋转复制,得到了包含辐板和轮毂的齿轮整体结构有限元模型,并通过数据变换,导入有限元分析软件ANSYS中对弧齿锥齿轮在啮合扭矩和工作转速引起的预应力作用下的动频率进行了详细的研究。运用ANSYS软件的预应力分析功能,分析了不同结构的弧齿锥齿轮在啮合力和离心力作用下的动频率,比较了动频率与固有频率的差异,总结了变化规律。 基于ANSYS软件的APDL语言建立了弧齿锥齿轮接触分析的三齿接触模型,提出了弧齿锥齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力求解的新方法,并详细讨论了不同载荷作用下轮齿接触应力、弯曲应力的分布状况以及单齿的接触应力、弯曲应力在一个啮合周期内的变化情况。该方法对建立的有限元模型没有很高的要求,且精度有保证。根据弧齿锥齿轮的实际接触情况提出了轮齿加载的新方法,由ANSYS软件自动进行齿间的载荷分配,避免了加载集中力造成的应力集中的影响,方法简单且易于实现。


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