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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开了一种基于有限元的全参数化齿轮啮合分析方法，利用ansys参数化设计语言APDL搭建用户交互界面，进行齿轮初始参数的识别，确认影响齿轮几何形状、材料的参数，接着基于渐开线、过渡曲线参数方程得到齿廓并生成完整齿轮齿廓以及三维齿轮实体模型；然后进行参数化映射网格的APDL实现，对端面进行分割，选择合适的网格单元生成完整的齿轮参数化模型，得到参数化模型后再考虑两个齿轮的装配及接触分析，定义齿轮的初始接触，施加相应的边界条件，最终进行求解得到齿面接触应力、接触滑移、冯米塞斯应力图、变形图等所需的齿轮啮合结果。

主权项：1.一种基于有限元的全参数化齿轮啮合分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，采用ANSYS的参数化设计语言APDL搭建用户交互界面，输入齿轮形状、材料的参数；步骤2，采用由渐开线、过渡曲线到齿轮端面再到齿轮实体的方式，从端面开始，而后经过轴向旋转复制、扫掠实现齿轮实体模型的全参数化建模，具体的，步骤2.1，基于步骤1的参数构建端面与法面关系，得到齿轮端面参数，构建法面参数与端面参数之间的关系，表示为 式中，m为模数，α为分度圆压力角，β为分度圆螺旋角——分度圆与齿廓曲面相交的螺旋形切线与齿轮轴线形成的夹角，x为变位系数，为齿顶高系数，为法向的顶隙系数，为端面的顶隙系数，ha为齿顶高，hf为齿根高，下角标t表示端面，n表示法向；并由此得到端面分度圆直径直径d，端面基圆直径db，端面齿根圆直径df，端面齿顶圆直径da：式中z为齿数；步骤2.2，判断齿轮为高变位齿轮时，引入变位系数修正齿顶高、齿根高、端面齿厚以及渐开线参数方程，判断齿轮为角变位齿轮时，引入齿顶高变动系数、中心距变动系数，修正中心距、齿顶高、齿根高方程，当啮合的一对齿轮法向变位系数xn1、xn2的和xn1+xn2＝0时称为高变位齿轮，此时啮合角不变，修正齿顶高ha、齿根高hf和端面齿厚s，x为齿轮变位系数，下角标t表示端面，n表示法向， 引入变位系数后渐开线的参数方程修正为： 式中rb为端面的基圆半径，端面压力角αc为变量；当啮合的一对齿轮法向变位系数xn1、xn2的和xn1+xn2≠0时称为角变位齿轮，此时引入齿顶高变动系数Δyn，Δyn＝xn∑-yn其中xn∑＝xn2+xn1为总变位系数，依据无侧隙啮合方程得到端面啮合角α′t： 再由法面参数与端面参数的关系得到法向啮合角αn′；引入中心距变动系数y，下角标t表示端面，n表示法向，有 此时中心距修正齿顶高ha、齿根高hf表示为步骤2.3，根据以上步骤确认的参数确认齿廓曲线的组成，生成齿廓曲线；步骤2.4，再利用步骤1输入齿轮形状、材料的参数以及步骤2.1得到的齿轮端面参数生成齿顶圆、齿根圆、内孔，以及步骤2.3所得完整的12齿廓线，经过对称后形成单个齿的端面，轴向旋转得到整个齿轮端面；在柱坐标系下连接渐开线与齿轮两侧端面的交点生成螺旋形，最后扫掠生成三维齿轮模型；步骤3，实现齿轮参数化映射网格，首先对一个齿廓的半个端面进行分割，进行面网格映射划分，将半个齿廓对称映射形成完整的单个齿廓端面网格，接着沿基圆柱上螺旋线扫掠生成单个齿的体网格，最后旋转成完整齿轮模型；步骤4，建立啮合的齿轮模型分析，先选择接触单元，定义初始接触建立接触对，再对其施加边界条件进行求解。

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百度查询： 南京航空航天大学 一种基于有限元的全参数化齿轮啮合分析方法