第２２卷第３期 ２０１２年９月 洛阳理工学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｏｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０１．２２ ＮＯ．３ Ｓｅｐ．２０１２ 基于Ａｎｓｙｓ的齿轮接触应力分析 吕 纯 洁 （洛阳理工学院机械工程系，河南洛阳４７１０２３） 摘要：利用Ａｎｓｙｓ￣－对齿轮进行有限元仿真分析，从网格精度和加载方式两方面寻求最佳模型，分析了不同齿 宽情况下齿面接触应力与理论结果的误差，为齿轮的优化设计和可靠性设计奠定了坚实的基础。 关键词：有限元分析；齿面接触应力；应力云图 ＤｏＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７４－５０４３．２０１２．０３．００９ 中图分类号：ＴＨ１３２．４１２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－５０４３（２０１２）０３．００３４．０４ 齿轮是机械中最重要的零件之一，其形状比较复杂，传统上一般以安全系数和许用应力为基础进行 设计，带有很大近似性。计算结果无法外推到复杂载荷状况下，缺乏真实的应力应变分布规律，不能进 行结构优化设计。 ｌ有限元法在齿轮中的应用 有限元法（ＦＥＭ）是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，在机械方面的应用极 为广泛。以齿轮分析为例，近年来建立的齿轮有限元模型更加接近客观实体，为全面准确地模拟齿轮应力 应变规律提供了更为可信的基础。从模型的空间形态上看，三维齿轮模型逐渐取代二维模型，全面直观地 反映客观实际；从模型的材料性质上看，材料参数得到细化，涵盖了齿轮弹性和塑性变形特性；从分析过 程看，在静态过程基础上深化齿轮动态过程（瞬态、冲击和碰撞等），为复杂工况的模拟提供了可能 ’。伴随 着计算机硬件的飞速发展与各类有限元应用软件的持续改进，有限元仿真分析的精确度、准确度与计算 速度不断获得提高。 Ａｎｓｙｓ软件是大型通用有限元分析软件，能够进行结构、热、声、流体及电磁场等方面的研究。利用 Ａｎｓｙｓ软件对齿轮仿真分析时，模型形态、网格精度和加载方式等因素均对分析结果有影响。本文以齿轮 的齿面接触应力为例，结合理论结果，通过对比分析，寻求齿轮仿真分析的最佳模型。 ２问题的提出 ２．１基本参数 考虑到普遍情况和便于分析，选取整体式斜齿圆柱齿轮为研究对象。大小齿轮均为８级精度，软齿 面，非对称布置，轴刚性大。工作平稳，传递功率Ｐ＝１０ ｋｗ，转速ｎ＝９７０ ｒ／ｍｉｎ，传动比卢ｌ。齿数ｚ＝２Ｏ， 模数ｍ＝４ ｍｍ，分度圆直径ｄ＝８０ ｍｍ，内孔径ｄｏ＝３０ ｍｍ。 ２．２理论分析 名义转矩７＝９ ５５０Ｐ／ｎ＝９８ ４５４ Ｎ・ｍｍ；切向力Ｆ￣＝２７／ｄ＝２ ４６１ Ｎ；法向力Ｆ．＝Ｆｔ／ｃｏｓ２０７ ２ ６９１ Ｎ；使用 系数ＫＡ＝Ｉ．２５；动荷系数 产１．２；齿间载荷分配系数 ＝１．２。 １）齿宽ｂ＝２４ ｍｍ，齿向载荷分配系数 口＝１．０３，载荷系数 ＝ＫＡＫ． 。Ｋ卢＝１．８５４，齿面接触应力 ａｎ＝（４ＫＴ／ｂ￣） Ｘ Ｚ￣Ｚｗ＝ｌ ０３４ ＭＰａ： ２）齿宽ｂ＝４８ ｍｍ，齿向载荷分配系数 ＝１．０９，齿面接触应力ｏＨ＝７５２ ＭＰａ： ３）齿宽ｂ＝６４ ｍｍ，齿向载荷分配系数 ＝１．１４，齿面接触应力ａ，ｔ＝６６６ ＭＰａ； ４）齿宽ｂ＝８０ ｍｍ，齿向载荷分配系数 ＝１．１８，齿面接触应力ｏｘｒ＝６０６ ＭＰａ。 收稿日期：２０１２－０５－２２ 作者简介：吕纯洁（１９７３一），女，河南南阳人，硕士，讲师，主要从事有限元分析、计算机模拟等方面的研究． 第３期 吕纯洁： 基于Ａｎｓｙｓ的齿轮接触应力分析 ３７ ４结语 随着计算机和有限元软件的不断更新，齿轮的仿真分析是发展的必然趋势 。模型形态、网格精度和 加载方式等因素均对分析结果有影响，综合多种因素，建立最佳模型，是进一步对齿轮进行优化设计和 可靠性设计的基础所在。 参考文献： 『ｌ１杨生华，王统．齿轮轮齿变形中的接触有限元仿真分析ＩＪ１．煤矿机械．１９９９（８）：９．１１． ｆ２１王庆五．左防．ＡＮＳＹＳ１０．０机械设计高级应用实例ＩＭＩ．２版．北京：机械工业出版社．２００６：２０５．２０７． 『３１杨凡。孙首君 齿轮啮合过程中接触应力的精确分析 ．长江大学学￣［Ｌ２０１０（７）：６６．６７． Ｉ ４１张秀华，李光喜．基于Ａｎｓ￣．ｓ的渐开线直齿圆柱齿轮接触应力分析ＩＪ１．煤矿机械．２０１２（２）：１０４．１０５． Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔｒｅｓｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｇｅａｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｎｓｙｓ ＬＶＣｈｕｎ－ｊｉｅ （Ｌｕｏｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦＥＭ ａｎａｌｙｓｉｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｆｏｒ ｇｅａｒｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｎｓｙｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｅａｒｓ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｏｏｔｈ ｂｒｅａｄｔｈｓ．ＳＯ ａｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ ｉｎ ｂｏｔｈ ｇｒｉｄ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｍｏｄｅ，ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｏｆｆｅｒ ａ ｓｏｌｉｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅａｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｏｆ ｇｅａｒ；ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ｆ上接第３３页１ 参考文献： Ｉ１１蒋德明．内燃机燃烧与排放学［Ｍ１．西安：西安交通大学出／￣￣，２００１：４２２．４３０． Ｉ２１张海艳．徐蔡舟．喷油器参数对柴油机排放的影响 ．柴油机设计与制造，２００４，１（１）：１５．１９． 『３ｌ ＭａｒＲｏｔ Ｘ，Ｈｏｙａｓ Ｓ．ＣＦＤ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｎｅｅｄｌｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｐｒａｙ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＳｉｎＲｌｅ—Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｏｒｓ［Ｒ１．１ＬＡＳＳ． ２０１０． ｆ４１何志霞．袁建平，李德桃．等．柴油机喷嘴结构优化的数值模拟分析ＩＪ１．内燃机学￣［Ｌ２００６（１）：３５．４１． Ｉ ５１何志霞．袁建平．李德桃。等．柴油机喷嘴结构优化的数值模拟分析ＩＪ１．内燃机学报，２００６（１）：３５．４１． 『６１唐金平，杜慧勇，刘建新，等．针阀结构对喷油嘴内燃油流动影响的数值分析ＩＪ】．拖拉机与农用运输车，２００７（４）：７３．７４． Ｉ７１胡林峰，夏兴兰，郭立新．喷油嘴偶件内部流动特性的研究ｌＪ１．现代车用动力，２００９（４）：７－１３． ＣＦＤ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｆｕｅｌ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ—ｈｏｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ ＺＨＡＮＧ Ｐｅｉ－ｈｏｎｇ，ＤＵ Ｈｕｉ—ｙｏｎｇ，ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｘｉｎ，ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ－ｃｈｅｎｇ （Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｆｕｅｌ ｆｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｈｏｌｅ ｎｏｚｚｌｅ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ Ｆｉｒｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｏｚｚｌｅ ｓｕｃｈ ａｓ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍａｓｓ ｏｒ ｆｌｏｗ ｒａｔｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｉｎｌｅｔ ｒｏｕｎｄ ａｎｇｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｚｚｌｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｒ ｔｈｅ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ，ｔｈｅ ｆａｓｔｅｒ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｗｉｌｌ ｂｅ；ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ａｐｐｅａｒｓ ｅａｒｌｉｅｒ，ｔｉｔｅ ｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ；ａｎｄ ｔｈｅ ｂｉｇｇｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔ ｔｈｅ ｏｕｔｌｅｔ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｚｚｌｅ ｗｉｌｌ ｌｅａｄ ｔｏ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｄｅｌａｙｅｄ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｎｇｌｅ－ｈｏｌｅ ｎｏｚｚｌｅ；ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ
