高速齿轮温度有限元分析与齿轮修形分析.pdfVIP

摘 要 高速齿轮运转过程中轮齿的温度效应对齿轮的传动性能、胶合失效及润滑冷却系统的 设计操控有重要的影响，因此分析研究其温度场规律及相关因素对温度的影响规律有重要 意义。高速齿轮温度场引起较大的齿轮热变形，在齿轮修形时分析考虑热变形的影响十分 必要。 本文建立了齿轮温度有限元分析边界条件的计算模型，应用ANSYS 对高速渐开线圆 柱齿轮进行温度有限元分析，得到主、从动轮轮齿温度大小及分布规律：主、从动轮轮齿 本体温度在齿根齿顶啮入、啮出区域的齿面上均出现了峰值 （80 C 左右），齿面上节线区 域温度较低，齿宽方向上温度分布对称，中部的温度值高于齿轮两端面。与实验结果的对 比验证了温度有限元分析的可行性。 数量化地分析了转速、转矩、齿宽、模数、齿轮箱空气温度和润滑油温度、齿轮端面 和啮合面对流传热系数各因素对轮齿温度的影响规律。轮齿齿面各处本体温度随转速或转 矩的提高而升高，各点温度增幅不均，随着转速或转矩提高，温度增幅程度降低；齿宽增 加各点本体温度较均匀增加；模数改变带来轮齿体积、接触压力及传热系数的变化，多种 因素的综合作用导致轮齿本体温度随模数增加而先减后增；大转矩或高转速下，转速、转 矩、齿宽、模数对轮齿温度的影响加剧；轮齿齿面最大本体温度随齿轮箱空气和润滑油温 度增减而做小幅增减，其变化不受转速和转矩影响；齿轮端面和啮合面的传热系数对轮齿 齿面本体温度影响程度较小，二者增加，齿轮齿面本体温度降低，反之升高。 应用ANSYS 间接耦合法对齿轮进行结构热弹耦合分析，获得主、从动轮单齿啮合区 起止位置沿齿宽方向不均匀的热弹变形值，依此为依据确定齿轮最大修形量，确定齿廓修 形三要素，对主动轮进行了齿廓修形设计。 应用 ANSYS/LS-DYNA 对修形前后的齿轮进行动态仿真分析，得到修形前后的轮齿 啮合力曲线和啮入啮出时轮齿应力分布，又对修形后齿轮进行温度有限元分析得到其轮齿 本体温度分布。由结果对比知：齿轮修形后，在啮入啮出时轮齿动态啮合力及轮齿应力均 降低，啮入啮出冲击减小，力学性能改善；修形后，轮齿齿面两个温度峰值区域由齿顶和 齿根区域向齿廓中部移动，温度峰值降低。 关键词：齿轮；温度有限元分析；影响因素；齿轮修形；热弹耦合 - I - 万方数据 Abstract Temperature effect of high-spead gears have significant influence on gear transmission performance, scuffing failure, operation control of lubrication system. Research on the regulation of temperature field and effects of relative factors on temperature is significant. Thermal deformation caused by temperature field should be considered when gear profile modification is carried out. The calculation model of temperature finite element analysis boundary conditions is built, and temperature finite element analysis of involute cylindrical gear of high-speed machine tool is conducted by using ANSYS, and bulk temperature distribution