一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法，包括以下步骤：获取主动轮和从动轮的齿轮副基本参数以及含有基体裂纹齿轮的裂纹参数；根据齿轮副基本参数建立健康齿轮三维有限元模型，对齿轮基体进行切割生成含有基体裂纹的齿轮有限元模型；对裂纹面进行网格细化，并且根据裂纹面之间的相互作用，在裂纹面上建立面‑面接触单元Conta174和Targe170；根据所述裂纹参数，计算齿轮啮合特性，并计算裂纹面上建立接触与否对于计算结果的差异。该方法使得裂纹齿轮啮合刚度以及齿根应变计算结果更加准确，有助于对于含有非穿透基体裂纹齿轮啮合特性以及裂纹面之间相互作用的了解，研究结果可以为齿轮设计提供一定的参考。

A finite element analysis method for gear meshing characteristics considering the effect of matrix crack

The invention relates to a gear meshing characteristic finite element analysis method considering the effect of matrix crack, comprises the following steps: obtaining the driving wheel and the gear wheel and the basic parameters of the crack parameters containing matrix crack gear; according to the three-dimensional finite element model of health establishment of basic parameters of the gear gear, the gear cutting gear to generate finite element matrix model containing matrix cracks; mesh refinement on the crack surface, and according to the interaction between the crack surfaces, building on crack surface to surface contact element of Conta174 and Targe170; according to the crack parameters, calculation of gear meshing characteristics, and calculate the crack surface contact failure on the difference of the result. This method makes the calculation results of the meshing stiffness and root strain of the crack gear more accurate, and helps to understand the meshing characteristics and the interaction between the crack surfaces of the gears with non penetrating matrix cracks. The research results can provide some references for gear design.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法
本专利技术属于机械动力学
，具体涉及一种考虑基体裂纹的齿轮啮合特性有限元分析方法。
技术介绍
齿轮是一种重要的机械传动部件，但是由于制造误差、润滑不良、过载、应力集中等原因，齿轮上会出现裂纹。裂纹不仅会沿着轮齿扩展，同样会沿着齿轮基体扩展。现有技术中采用解析方法、有限元方法对裂纹齿轮啮合特性进行了大量的研究。但是存在有以下不足：(1)、解析方法主要针对的齿根裂纹进行研究，由于非穿透基体裂纹的复杂性，解析方法并不能有效计算基体裂纹对于齿轮基体的损伤；(2)、同样，有限元方法主要针对齿根裂纹进行研究，对于非穿透基体裂纹的关注很少，并没有考虑裂纹面之间相互作用的影响，这将产生误差且不符合实际；(3)、现有技术中只研究了健康齿轮的应变，忽视了基体裂纹对于齿轮应变的影响，计算不准确。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法，通过ANSYS软件建立含有非穿透基体裂纹的齿轮有限元模型，对含有非穿透基体裂纹齿轮啮合特性进行研究，同时，还考虑裂纹面之间的相互作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、获取主动轮和从动轮的齿轮副基本参数以及含有基体裂纹齿轮的裂纹参数；S2、建立含有抛物线非穿透基体裂纹的齿轮三维有限元模型，包括S201、根据所述齿轮副基本参数，利用ANSYS软件的APDL语言编制功能，使用Solid185单元模拟齿轮实体，建立健康齿轮三维有限元模型；S202、在所述健康齿轮三维有限元模型的基础之上，对齿轮基体进行切割生成含有基体裂纹的齿轮有限元模型；S203、对所述含有基体裂纹的齿轮有限元模型的裂纹面进行网格细化，并且根据裂纹面之间的相互作用，在所述裂纹面上建立面‑面接触单元Conta174和...

【技术特征摘要】
1.一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、获取主动轮和从动轮的齿轮副基本参数以及含有基体裂纹齿轮的裂纹参数；S2、建立含有抛物线非穿透基体裂纹的齿轮三维有限元模型，包括S201、根据所述齿轮副基本参数，利用ANSYS软件的APDL语言编制功能，使用Solid185单元模拟齿轮实体，建立健康齿轮三维有限元模型；S202、在所述健康齿轮三维有限元模型的基础之上，对齿轮基体进行切割生成含有基体裂纹的齿轮有限元模型；S203、对所述含有基体裂纹的齿轮有限元模型的裂纹面进行网格细化，并且根据裂纹面之间的相互作用，在所述裂纹面上建立面-面接触单元Conta174和Targe170；S3、根据所述裂纹参数，计算齿轮啮合特性，并计算裂纹面上建立接触与否对于计算结果的差异；其中，所述裂纹参数包括裂纹深度、裂纹宽度，所述齿轮啮合特性包括啮合刚度、应变。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述齿轮副基本参数包括齿数、弹性模量、泊松比、内孔半径、基圆半径、模数、齿宽、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、摩擦系数；所述裂纹参数包括裂纹起始位置角、裂纹宽度、裂纹深度、裂纹扩展方向角。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S201包括如下步骤：S20101、根据所述齿轮副基本参数中的所述齿轮的弹性模量、泊松比、内孔半径、基圆半径、模数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、摩擦系数，利用ANSYS软件生成单个齿轮的齿廓，所述齿廓包括渐开线和过渡曲线；S20102、对单个轮齿进行旋转复制，生成健康齿轮二维有限元模型；S20103、对生成的齿轮二维有限元模型沿齿轮中心轴线进行拉伸，其拉伸长度为所述齿宽数值的大小，生成健康齿轮三维有限元模型；S20104、对啮合线附近齿面进行网格细化。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S202包括如下步骤：S20201、在所述健康齿轮三维有限元模型中，根据基体裂纹的起始位置、裂纹扩展方向，选择出现裂纹的齿轮基体部分；S20202、使用ANSYS中“VSBL”命令，将所选齿轮基体部分根据所述裂纹起始位置、裂纹扩展方向分为两部分实体；S20203、在所述两部分实体的分割面上建立坐标系，根据裂纹抛物曲线方程生成非穿透基体裂纹，所述裂纹抛物曲线方程为：其中，q(x)为任意位置x处裂纹深度，q0为初始裂纹深度，Lc为裂纹宽度，L为齿轮宽度。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马辉，段田堂，李占伟，闻邦椿，张学良，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21