[发明专利]一种基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法

说明书

本发明公开了一种属于齿轮啮合领域的基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法。本发明首先利用KISSsoft软件，生成了精确的非圆齿轮二维模型，在Creo三维软件中生成非圆齿轮的三维模型，并建立了齿面拓扑结构和相应的坐标标识；导入Hypermesh软件中进行齿轮网格划分，使齿面网格节点和拓扑结构相匹配；最后在LS‑DYAN软件中定义边界条件、模拟齿轮承载情况下旋转一周，最后进行模型的求解。获取了轮齿在啮合过程中齿面应力、应变、压力、位移以及速度的变化趋势。本发明降低并避免了非圆齿轮动态接触特性分析过程中复杂程序的编写和求解，节省了工作量和资源，为非圆齿轮动态接触分析提供了依据。

技术领域

本发明属于齿轮啮合分析技术领域，具体涉及一种基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法。

背景技术

非圆齿轮属于一种特殊的圆柱齿轮，以其具有非圆形节曲线而区别于圆柱齿轮；非圆齿轮主要包括非圆柱齿轮、非圆斜齿轮、非圆面齿轮、非圆锥齿轮等。非圆齿轮结构紧凑，可以实现变比传动，主要应用于低速、大扭矩场合，如：液压泵、液压马达、流量仪等。非圆齿轮节曲线曲率半径和齿廓曲率半径的时变性导致位于节曲线上不同位置轮齿的齿廓不一致，且每一个轮齿的左右齿廓也不相同。在实际应用过程中，齿廓不一致导致各个齿面上的接触应力也存在着较大的差异，因此，动态分析非圆齿轮的啮合过程，对于进一步改善齿轮的动态设计和应用场合等具有重大意义。

LS-DYNA是目前应用最为广泛的齿轮动态啮合模拟软件，可以实现齿轮的承载接触，比较符合实际工况。利用LS-DYNA进行齿轮啮合仿真的研究有很多，但大都针对的是常用的圆柱齿轮副和斜齿轮副，对于非圆齿轮的研究很少，《基于ANSYS/LS-DYNA的齿轮线外啮合冲击研究》一文中，利用LS-DYNA软件对直齿轮副的啮合冲击问题进行了研究；《基于LS-DYNA直齿轮动态啮合特性分析》一文中，利用LS-DYAN软件模拟了齿轮副的动态啮合过程；《不同载荷条件下椭圆柱齿轮动态接触特性分析》一文中，利用Ls-Prepost软件模拟了椭圆柱齿轮的动态啮合过程，这为非圆齿轮的啮合模拟奠定了基础。

发明内容

本发明提供了一种基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法。本发明降低并避免了非圆齿轮动态接触特性分析过程中复杂程序的编写和求解，节省了工作量和资源，为非圆齿轮动态接触提供了依据。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法，包括如下步骤：

步骤1：确定非圆齿轮的参数，根据参数用KISSsoft软件生成非圆齿轮副二维模型；

步骤2：将步骤1中二维模型导入Creo软件中，生成非圆齿轮副三维模型，并进行齿面拓扑结构的设定；

步骤3：将步骤2中三维模型导入Hypermesh软件中，进行齿轮网格划分，建立有限元啮合模型，使齿面网格和步骤2中的齿面拓扑结构相对应；

步骤4：将步骤3中生成的模型导入LS-DYNA中，设置三维模型初始条件和边界条件，并用LS-DYNA中的求解器LS-PREPOST MANAGER进行求解并生成求解文件；

步骤5：用LS-DYNA打开步骤4中的求解文件，选取位于非圆齿轮节曲线上不同位置的轮齿作为数据采集点的对象，获取齿轮动态啮合过程中齿面接触区域内拓扑坐标点的应力、应变、压力、转速和位移；

步骤6：对步骤5获得的应力、应变、压力、转速和位移分析得到轮齿啮合过程中应力、应变、压力、速度和位移随齿轮位于节曲线上位置的变化趋势。

拓扑结构建立：以齿廓和齿线的交点作为齿面拓扑坐标原点，分别以齿线方向和齿廓方向作为拓扑坐标系的X轴和Y轴，通过Cero软件中分析模块中的齿廓法向量和曲率标识功能建立齿廓拓扑结构。