一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，方法包括

【技术实现步骤摘要】
一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法


[0001]本专利技术涉及减速机齿轮箱仿真设计领域，设计了一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法
。

技术介绍

[0002]减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机
、
内燃机或其它高速运转的动力通过齿轮箱的输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，齿轮箱是减速机的重要部件之一，但是由于齿轮箱在作业中容易受载荷和震动的影响，所以需要对减速机的齿轮箱进行分析
。
[0003]且现有对于减速机齿轮箱的计算分析中，采用解析法很难精确得到齿轮箱体内部的应力和形变，而利用有限元对减速机齿轮箱分析的方法中往往是静态的计算分析，不能评估减速机齿轮箱中重要部件的传动状态及对应的疲劳损伤，例如作业中齿轮与轴承间的传动状态，无法精准的评估齿轮箱内部重要部件的受力情况和提供疲劳损伤评价
。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提出一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，本专利技术设计的技术方案步骤包括：
S10
：构建减速机齿轮箱模型，所述齿轮箱模型包括壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型；
S20
：在所述齿轮模型中指定齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态；
S30
：在所述轴承模型中指定轴承与齿轮间传动接触的受力状态；
S40
：将壳体模型和在步骤
S20
和
S30
分别指定的齿轮模型和轴承模型导入有限元分析软件并进行网格划分；
S50
：定义齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的接触关系，并定义边界条件；
S60
：进行有限元分析，计算齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的应力，并通过输出的应力计算齿轮接触传动的疲劳损伤和轴承接触传动的疲劳损伤
。
[0005]优选地，所述
S10
中的构建减速机齿轮箱模型包括采用
SolidWorks
软件构建壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型
。
[0006]优选地，所述
S20
中的指定齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态包括指定齿轮与齿轮间两两相互接触产生的垂直于接触面的法向力和沿着接触面的切向力，并对所述法向力和切向力分别构建相应的数学模型
。
[0007]优选地，所述构建法向力的数学模型采用如下公式：式中，为齿轮间的法向力，为接触刚度系数，为接触穿透量，为非线性弹簧指数，为阶
跃函数，为最大穿透深度，为达到最大穿透深度的最大接触阻尼
。
[0008]优选地，所述构建切向力的数学模块采用如下公式：式中，为齿轮间的切向力，为齿轮间的相对滑移速度，为最大静摩擦相对滑移速度，为绝对函数，为静摩擦系数，为动摩擦相对滑移速度，为动摩擦系数
。
[0009]优选地，所述
S30
中的指定轴承与齿轮间传动接触的受力状态包括指定轴承和齿轮相互进行传动时产生的径向力和轴向力，并对所述径向力和轴向力分别构建相应的数学模型
。
[0010]优选地，所述构建径向力的数学模型采用如下公式：式中，为轴承和齿轮相互进行传动会产生的径向力，为轴承基本动载荷，为扭矩力，为额定负荷
。
[0011]优选地，所述构建轴向力的数学模型采用如下公式：式中为轴承和齿轮相互进行传动会产生的轴向力，为轴向力系数，为齿面载荷分布系数，为齿数比，为扭矩力，为齿轮转动效率，为齿轮直径
。
[0012]优选地，所述
S50
中的定义齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的接触关系，并定义边界条件包括对于齿轮与齿轮间分别采用
Targe170
目标单元和
Contal174
接触单元；对于轴承与齿轮间分别采用
Targe170
目标单元和
Contal174
接触单元；所述定义边界条件包括在齿轮外壁整圈节点施加固定约束，在轴承外所有节点的自由度进行约束
。
[0013]优选地，所述
S60
中的计算齿轮接触传动的疲劳损伤和轴承接触传动的疲劳损伤均采用如下公式：式中，为齿轮接触传动的疲劳损伤和
/
或轴承接触传动的疲劳损伤，为对应最小应力的序列，为各应力下齿轮与齿轮和
/
或齿轮与轴承的传动作业次数，为预设应力值，为齿轮与齿轮和
/
或齿轮与轴承的最大应力值，为齿轮接触传动的疲劳损伤和
/
或轴承接触传动的疲劳寿命的传动作业次数指数
。
[0014]有益效果：
1、
本专利技术采用有限元分析齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态和轴承与齿轮间传动接触的受力状态，提供精确的受力情况，包括齿轮与齿轮之间的载荷分布
、
应力分布以及齿轮与轴承之间的载荷和应力分布，这有助于准确评估齿轮箱重要部件在工作条件下的受力情况；
2、
本专利技术通过分析齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的受力状态，并细化受力，将受力的计算转化为用于有限元法的数学模型进行有限元分析计算，提高对受力状态的解析精
度和计算效率；
3、
本专利技术通过根据齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态和轴承与齿轮间传动接触的受力状态快速评估不同工况下的疲劳损伤，为指导齿轮和轴承的设计改进或优化提供基础
。
附图说明
[0015]图1是本专利技术一个较佳实施例的流程示意图
。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术的实施例作详细说明，下述的实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例
。
[0017]本专利技术设计了一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，技术方案包含以下步骤，如图1所示，具体包括：
S10
：构建减速机齿轮箱模型，齿轮箱模型包括壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型；
S20
：在齿轮模型中指定齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态；
S30
：在轴承模型中指定轴承与齿轮间传动接触的受力状态；
S40
：将壳体模型和在步骤
S20
和
S30
分别指定的齿轮模型和轴承模型导入有限元分析软件并进行网格划分；
S50
：定义齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的接触关系，并定义边界条件；
S60
：进行有限元分析，计算齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的应力，并通过输出的应力计算齿轮接触传动的疲劳损伤和轴承接触传动的疲劳损伤
。
[0018]具体的，
S10
中的构建减速机齿轮箱模型包括采用
SolidWorks
软件构建壳体模型
、
齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10
：构建减速机齿轮箱模型，所述齿轮箱模型包括壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型；
S20
：在所述齿轮模型中指定齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态；
S30
：在所述轴承模型中指定轴承与齿轮间传动接触的受力状态；
S40
：将壳体模型和在步骤
S20
和
S30
分别指定的齿轮模型和轴承模型导入有限元分析软件并进行网格划分；
S50
：定义齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的接触关系，并定义边界条件；
S60
：进行有限元分析，计算齿轮与齿轮间和轴承与齿轮间的应力，并通过输出的应力计算齿轮接触传动的疲劳损伤和轴承接触传动的疲劳损伤；其中，所述
S20
中的指定齿轮与齿轮间的传动接触的受力状态包括指定齿轮与齿轮间两两相互接触产生的垂直于接触面的法向力和沿着接触面的切向力，并对所述法向力和切向力分别构建相应的数学模型；所述
S30
中的指定轴承与齿轮间传动接触的受力状态包括指定轴承和齿轮相互进行传动时产生的径向力和轴向力，并对所述径向力和轴向力分别构建相应的数学模型
。2.
根据权利要求1所述的一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，其特征在于，所述
S10
中的构建壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型包括采用
SolidWorks
软件构建壳体模型
、
齿轮模型和轴承模型
。3.
根据权利要求1所述的一种基于有限元法的减速机齿轮箱分析方法，其特征在于，所述构建法向力的数学模型采用如下公式：式中，为齿轮间的法向力，为接触刚度系数，为接触穿透量，为非线性弹簧指数，为阶跃函数，为最大穿透深度，为达到最大穿透深度的最大接触阻尼
。4.
根据权利要求3所述的一种基于有限元法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，叶林，万谆铭，
申请(专利权)人：江苏国茂减速机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：