博一建材讯：1近年来，国内外对各种高强度轻型材料齿轮的磨擦、磨损还有其失效形式、失效机理进行了大量的研究与探索。以渐开线直齿齿轮为例，发现在传动过程中相互啮合的齿面曲率不断变化，相对运动为滚动兼滑动；并且，在不同的啮合位置其相对滑动速度，接触应力不断变化，这些都增加了对齿轮材料分析的复杂性。所以对齿轮啮合的全过程进行精确数值仿真是一个研究关键。2000年，林腾姣等应用三维冲击动力接触问题的有限元混合算法对齿轮传动的突加载荷冲击及啮入冲击，进行了冲击特性数值仿真。本文则运用LSDYNA对齿轮啮合全过程接触应力变化进行了数值仿真。2建模根据齿轮材料的使用场合，结合变位系数选择原理和变位系数的计算公式及机械零部件手册：选型设计指南中介绍的齿宽、模数选取方法，进行标准渐开线直齿齿轮设计，然后再进行齿轮仿真建模。经过设计，齿轮几何模型，具体参数。minf（x）=F式中，F为变化后的小齿轮齿根应力；齿根应力计算公式中，KA为使用系数；KV为动载系数；KF为齿向载荷分布系数；KF为齿间载荷分配系数；YF为齿形系数；YS为应力修正系数；Y为弯曲强度计算的重合度系数，Y=025075/0=f（x1x2），0为重合度。齿轮的齿顶压力角；齿轮传动的啮合角。在保证求解精度的前提下，为减小求解规模，采用参数化方法建立了四对齿啮合的齿轮轮齿几何模型，划分网格时，选取精度较高的六面体单元，并对沿齿形渐开线方向和齿根过渡圆弧方向的单元进行适当加密，得到的有限元模型图。确定边界条件时，将齿轮轴径表面的节点通过刚性面单元与转动中心固联，且将刚性面单元的质心定义在转动中心线上，并约束转动中心线，从而约束其周向和轴向位移，只释放沿轴向的转动位移，并在主动小齿轮上施加1500r/min的转速，在从动大齿轮上施加30Nm的扭矩。3设定参数时的注意事项因为是动态接触仿真，结果要真实可信的话，参数设置要注意如下几点。（1）网格的划分及单元类型的确定网格划分看似简单但却很有讲究，因为它直接影响着后面的运算能否进行下去。首先，在划分网格前要先对称划分好几个部分，然后去分别划分网格，每一部分的网格疏密必须调整合适，这对运算精度影响很大。必须选取正确部分单元类型，否则无法运算，比如齿轮固连的内表面必须选取为刚性面。（2）接触方法在接触分析中，由于问题的复杂性，判断接触发生的方向有时是很困难的，因此分析中应尽量使用自动接触（不需要人工干预接触方向）。但当面的方向在整个分析过程中都能确定的情况下，下面的非自动接触类型是非常有效的。Contact_Nodes_T_SurfaceContact_One_Way_Surface_To_SurfaceContact_Constraint_Nodes_To_SurfaceContact_Eroding_Nodes_To_Surface（3）材料在LSDYNA定义材料单位时不需要每个都定义，但必须使约束材料的每个参数单位保持一致。（4）约束方法每个齿轮的转动中心的约束必须正确，否则的话，就会出现齿轮转偏无法仿真的现象。（5）加载方法在给大小齿轮加载初速度时，两个速度必须协调，否则会出现齿轮严重振荡及一侧轮齿穿透另一侧轮齿的现象。（6）局部坐标系的建立因为两个齿轮的中心不在一起，尽量将其中一个放在总体坐标系的原点，而在导入ANSYS的模型坐标比较难于确定，所以应建立一个局部坐标系，令它的原点与另一个齿轮中心重合。（7）沙漏的控制有限单元单点积分方法可以大幅度降低计算成本，但是由此产生的沙漏问题如果不得到有效控制，将使计算结果完全不可信。（8）K文件的修改LSDYNA通常应用的是ANSYS工作环境。但在某些情况下两者兼容的并不是十分好，所以往往在生成K文件后，需要修改K文件。在LSDYNA的使用过程中还有很多需要注意的地方，就不一一列举了，这需要在实际应用中不断积累和发现，还需要对所分析的模型特点十分熟悉。4啮合过程仿真计算利用显式非线性动力分析通用有限元软件ANSYS/LSDYNA，仿真计算过程，应力结果。5与试验结果对比利用试验方法（转速在5001500r/min、转矩在730Nm）再结合计算，得出在一般滑动速度下的极限接触应力如所示。根据仿真是设定的参数计算得知，齿轮相对滑动速度为02041m/s.所以根据可知，接触极限应力为5860MPa；而由可知，仿真计算所得接触极限应力5356MPa，仿真结果可信。6结语高强度轻型材料齿轮研究领域是个新兴的研究在一定滑动速度下的极限接触应力领域，在材料优选，齿轮优化设计，传动失效规律等方面需要进一步研究，但是传统计算方法很不精确，试验测试数据耗费成本太高，所以齿轮啮合仿真计算具有一些实际意义，可以从建模乃至参数设定、边界条件选择方面进一步优化，使结果更加精确，以便对高强度轻型材料齿轮的研究提供更多帮助。
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