[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

摘要

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。

主权项

1.一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，其特征在于包括如下步骤：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(xA，yA)：上式中：αAd‑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(xB，yB)，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(xC，yC)：上式中：αCc‑非受压侧点的压力角，齿轮非受压侧齿根关键点坐标(xD，yD)：式中：α_Dc‑变参数，α_c≤α_dc≤90°；1.2)采用样条曲线分别连接受压侧和非受压侧点，生成齿廓曲线；②参数化单齿端面建模，具体过程为：2.1)过齿廓曲线两最高点，以坐标原点为圆心，作过这两点的圆弧，生成齿顶圆弧；2.2)在坐标原点生成一个关键点，由坐标原点向两齿根过度曲线处最低点连接两根直线；通过这两根直线、受压侧齿根过度曲线、受压侧齿廓曲线、齿顶圆弧、非受压侧齿廓曲线、非受压侧齿根过度曲线生成单齿端面；③参数化整齿端面建模，具体过程为：3.1)将单齿端面在极坐标下复制出齿数n个单齿，依次偏移角度为360/n度；3.2)对各单齿端面进行叠加运算得到齿轮面；3.3)以坐标原点为圆心，以齿轮圆孔半径RK作圆，通过布尔减运算，得到齿轮端面；④参数化齿轮实体建模，具体过程为：在笛卡尔坐标系下，将齿轮端面沿端面垂直方向拉伸齿宽B的长度，得到齿轮的三维实体模型；⑤参数化从动齿轮建模，具体过程为：5.1)在笛卡尔坐标系下，将齿轮端面上移一个齿轮副中心矩的距离；5.2)同步骤①、②、③、④建立从动齿轮的实体模型，如果主动齿轮齿数为偶数，则从动齿轮绕坐标原点逆时针转动半个从动齿轮单齿角度；⑥参数化齿轮有限元建模，具体过程为：6.1)定义齿轮材料常数、单元类型、单元参数；6.2)设置齿面单元尺寸，采用扫略网格的划分方法，将非对称齿轮副划分有限元网格，将两齿轮内圈划分为刚性单元。