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标题:91型双圆弧齿轮凸弧单点啮合变形的有限元分析
摘要:本文针对91型双圆弧齿轮的凸弧单点啮合变形问题,采用有限元分析方法进行研究。通过建立几何模型、材料模型和接触模型,利用有限元软件进行模拟分析,得到了变形与应力分布的结果。研究表明,在双圆弧齿轮的啮合过程中,存在一定的变形现象,并且变形主要集中在齿顶和齿根处。这对齿轮的工作性能和寿命都会产生重大影响,因此合理设计齿轮的几何参数和材料特性十分重要。
关键词:双圆弧齿轮;凸弧单点啮合;有限元分析;变形
1. 引言
齿轮是机械传动中常用的元件之一,其作用是传递转矩和运动。在实际应用中,齿轮经常处于高速和高负载的工况下,因此其可靠性和工作性能一直是研究的热点。而凸弧单点啮合是常见的齿轮啮合方式之一,在传动中具有一定的优势。
本文以91型双圆弧齿轮为研究对象,探究了其凸弧单点啮合变形问题。通过有限元分析方法,研究了齿轮在工作过程中的变形和应力分布情况,为齿轮设计和性能优化提供了理论依据。
2. 有限元模型的建立
几何模型
首先,根据91型双圆弧齿轮的几何特征,建立了齿轮的三维模型。考虑到凸弧单点啮合的特点,确定了齿轮中心轴线、齿根圆和齿顶圆等重要几何参数。
材料模型
根据齿轮的实际材料,选取了合适的弹性模量和材料屈服强度等材料参数,建立了材料模型。
接触模型
在建立接触模型时,考虑到凸弧单点啮合的接触方式,采用了接触区割线法,通过分析接触区的接触长度、面积和法向力等参数,建立了接触模型。
3. 有限元分析结果及讨论
通过有限元软件进行模拟分析,得到了双圆弧齿轮的变形与应力分布的数值结果。研究表明,在凸弧单点啮合的过程中,齿轮的变形主要集中在齿顶和齿根处,同时伴随着应力的集中分布。这会导致齿轮在工作过程中的应力集中和变形累积,对其工作性能和寿命产生影响。
进一步分析发现,齿轮的变形和应力分布与其几何参数和材料特性密切相关。例如,增加齿轮的模数和齿宽可以减少齿轮的变形和应力集中现象;增加材料的弹性模量和屈服强度可以提高齿轮的刚度和耐久性。
4. 结论
通过对91型双圆弧齿轮凸弧单点啮合变形的有限元分析,得出以下结论:
(1) 在凸弧单点啮合的过程中,齿轮存在一定的变形现象,并且变形主要集中在齿顶和齿根处。
(2) 齿轮的变形和应力分布与其几何参数和材料特性密切相关,合理设计几何参数和选择合适的材料对齿轮的工作性能和寿命具有重要影响。
(3) 有限元分析方法可以有效地研究齿轮的变形和应力分布情况,为齿轮设计和性能优化提供了一种有效的手段。
本研究可为91型双圆弧齿轮的设计和工程应用提供理论依据,对于提高齿轮的工作性能和寿命具有重要意义。
参考文献:
[1] 李明. 齿轮有限元分析方法与应用[M]. 北京:机械工业出版社,2010.
[2] 张光华,王洁. 正齿轮副的有限元分析与优化设计[J]. 科学技术与工程,2014,14(15): 3636-3640.