摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)齒輪傳動(dòng)的要求也愈加苛刻，在齒輪傳動(dòng)的使用壽命、性能、傳動(dòng)扭矩、速度等都有著嚴(yán)格的要求，以此滿足不同場合的運(yùn)動(dòng)形式，廣泛的應(yīng)用在擠出機(jī)、真空管、牽引機(jī)、切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備。因此對(duì)齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用分析顯得尤為重要，進(jìn)一步為齒輪的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備，齒輪傳動(dòng)，應(yīng)用分析

引言

齒輪是使用量大、用途面廣的傳動(dòng)件，齒輪產(chǎn)品廣泛的應(yīng)用在擠出機(jī)、真空管、水箱、牽引機(jī)和切割機(jī)等領(lǐng)域[1-2]。在機(jī)械設(shè)備中，機(jī)械的傳動(dòng)是最常見的傳動(dòng)方式之一，尤其在減速機(jī)中，是不能缺少的部件。齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)比準(zhǔn)確、減速比容易控制、扭矩可以放大、承載能力高和可靠性高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的需求與日俱增，因此對(duì)齒輪傳動(dòng)的研究顯得尤為重要[3]。

1. 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算

由于齒輪在運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，如：輪齒折斷，齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕等異常問題，這樣不利于齒輪的使用，其性能也發(fā)生改變，影響了機(jī)械設(shè)備中齒輪傳動(dòng)的正常運(yùn)作[4]。本文以標(biāo)準(zhǔn)硬齒面漸開線圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)為研究對(duì)象，合理的分析該齒輪的應(yīng)用。

1.1硬齒面直齒圓柱齒輪的受力分析

由于齒輪傳動(dòng)一般均加以潤滑，嚙合齒間的摩擦力通常很小，在計(jì)算輪齒受力時(shí)，為簡化計(jì)算，一般忽略不計(jì)。

法向載荷Fn的方向?yàn)檠刂X輪的嚙合方向且與輪齒表面垂直，在分度圓上分解法向載荷Fn ：切于分度圓的圓周力Ft 與沿著半徑方向的徑向力Fr ，則有如下計(jì)算公式：

（1）

式（1）中， T1為小齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，單位為 N mm； 為分度圓壓力角，單位為（o）；

1.2齒輪傳動(dòng)的計(jì)算載荷

根據(jù)擠出機(jī)、切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、原動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)、聯(lián)軸器的緩沖作用，會(huì)對(duì)動(dòng)載荷有著一定的影響，可以通過計(jì)算得到動(dòng)載荷所需的使用系數(shù)KA。其使用系數(shù)的參考表，如表1所示。

2. 建立齒輪傳動(dòng)的三維模型

Solid Works company 是美國達(dá)索系統(tǒng)（Dassault）公司的一個(gè)下屬公司，該公司專門從事三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)管理的工作。該軟件為每一位用戶提供了一個(gè)系列的解決方案。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、有限元分析、工程圖紙、渲染到PDM數(shù)據(jù)管理、二維設(shè)計(jì)、三維建模到零件的組合、干涉核驗(yàn)等功能均可完成。

在 Solid Works 零件繪制界面上，根據(jù)一對(duì)齒輪的嚙合狀態(tài)，將其三維模型進(jìn)行建立，根據(jù)基本尺寸得到三維模型；再將兩個(gè)齒輪進(jìn)行裝配，即形成嚙合的傳動(dòng)模式，在“齒輪配合”命令下，選取小齒輪一個(gè)輪齒的齒頂，再選取大齒輪一個(gè)輪齒的齒頂，即可得到正確嚙合的漸開線硬齒面直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。完成的裝配體如圖1所示。

3齒輪傳動(dòng)的有限元靜力分析

把 Solid Works 中的三維模型導(dǎo)入到 ABAQUS 中，大小齒輪的相對(duì)位置沒有發(fā)生改變，也沒有出現(xiàn)兩個(gè)齒輪的模型干涉或重疊情況。添加齒輪材料屬性40Cr，其材料的密度為7850，彈性模量2.06e11，泊松比為0.3；在添加約束，采用齒輪的接觸面來進(jìn)行約束分析；最后在進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的密度與分析結(jié)果呈正相關(guān)關(guān)系，但是網(wǎng)格密度越大，分析計(jì)算所需要耗費(fèi)的時(shí)間就越多，因此，網(wǎng)格的劃分對(duì)于整個(gè)模型的計(jì)算效率至關(guān)重要。通齒輪傳動(dòng)的接觸分析，得到網(wǎng)格劃分如圖4所示。給小齒輪的參考點(diǎn)上施加轉(zhuǎn)速104.67rad/s的載荷，得到一對(duì)齒輪嚙合的有限元分析云圖，其齒輪傳動(dòng)接觸應(yīng)力云圖如圖5所示。

綜上所述，得到理論的計(jì)算結(jié)果，其中小齒輪的接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力值為979MPa，大齒輪的接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力為1034MPa，故該模型的靜力分析結(jié)果中的兩個(gè)齒輪最大接觸應(yīng)力值都在各自的許用范圍內(nèi)，數(shù)值合理。

4.總結(jié)

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒齒輪嚙合傳動(dòng)為分析對(duì)象，在圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)的原理和自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)輪齒的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，并通過SOLIDWORKS建立一對(duì)齒輪的三維圖形，再經(jīng)ABAQUS 軟件對(duì)三維模型進(jìn)行有限元分析，驗(yàn)證了硬齒面齒輪傳動(dòng)的正確性和可行性，為齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 李彥啟，趙西莉，郭軍伯，劉明濤，史培豐.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的內(nèi)平動(dòng)分度凸輪機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析[J].機(jī)械傳動(dòng)，2018（04）：119-124.

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[4] 潘宏俠，姚竹亭.齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)檢測與故障診斷[J].華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（04）：313-318.

作者簡介：

潘邦耀（1986.9.19）男，漢族，佛山南海人，本科學(xué)歷，從事機(jī)械設(shè)計(jì)工作。