[发明专利]一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法

说明书

本发明涉及一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，首先利用非对称齿轮的齿廓方程计算齿廓上等份关键点的坐标，运用ANSYS软件创建齿廓关键点，由关键点生成齿廓样条曲线，然后由下而上建立单齿端面、整齿端面、非对称圆柱直齿轮实体模型、非对称圆柱直齿轮传动副实体模型，最后划分有限元网格，设置动力学约束和载荷，得到非对称圆柱直齿轮传动副有限元模型。本发明的整个建模过程实现了参数化，可以大大提高齿轮传动系统有限元建模质量，提高分析效率。

本申请是申请号为：201410568362.0，发明创造名称为《一种非对称圆柱直齿轮副的建模方法》，申请日为：2014年10月22日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种基于显式动力学分析的齿轮有限元建模方法，特别是一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法。

背景技术

在单向传动中，增大齿面受压侧压力角，使受压侧齿面同非受压侧齿面形成不对称分布，可以显著提高齿轮传动的重合度，减小齿轮接触应力、齿根弯曲应力、齿轮轴约束反力，从而提高齿轮传动稳定性。非对称齿轮是一种有效的提高轮齿性能和承载能力的新型齿轮。非对称齿轮传动的动态数值仿真分析是研究其传动性能和机理的有效方法之一。传统的齿轮建模是利用三维造型软件(Pro/E、UG)，通过输入标准圆柱直齿轮的基本参数，建立对称齿轮的单齿几何模型，然后转入有限元分析软件中建立其有限元模型，进行进一步分析。传统的建模方法很难实现非对称齿轮的几何建模，几何模型转入有限元软件中很容易丢失部分几何信息，而且每次建模只能为单一的某个特定类型的齿轮建立模型，加大了利用有限元技术对齿轮研究和设计分析的工作量。传统的有限元分析大多实现齿轮单齿间或单齿与齿条间啮合，分析时通常基于多啮合状态的静态分析，属于伪动态分析，不能实现齿轮完整的一个旋转周期内的连续动态仿真分析。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于显式动力学分析的双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元直接建模方法，能够提高非对称系列齿轮的建模效率，实现了非对称齿轮动态啮合分析的参数化、智能化。

实现本发明目的的技术方案是提供一种一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，包括如下步骤：

①参数化建立非对称渐开线齿廓曲线，具体过程为：

1.1)将非对称渐开线齿轮的齿廓曲线分成：受压侧齿廓曲线、受压侧齿根过度曲线、非受压侧齿廓曲线、非受压侧齿根过度曲线四部分；以齿轮的齿数、模数、齿轮受压侧压力角、非受压侧压力角、齿顶高系数、顶隙系数为输入参数，利用ANSYS的APDL编程语言将非对称齿廓进行参数化编程，计算出齿廓曲线，将每段齿廓曲线按进行等份取点；

齿轮受压侧齿廓关键点坐标(x_A，y_A)：

上式中：α_Ad-受压侧曲线点的压力角，m-模数；n-齿数；α_d-受压侧分度圆压力角；-受压侧齿顶高系数；

齿轮受压侧齿根关键点坐标(x_B，y_B)，按受压侧变参数在取值值范围内等份取点计算：

上式中：α_Bd-变参数，α_d≤α_Bd≤90°；

R-刀顶圆角半径，

α_c-非受压侧分度圆压力角；-受压侧齿轮径向间隙系数；

Q-刀具参数，

齿轮非受压侧齿廓关键点坐标(x_C，y_C)：