15年汽車工程會集he017

２０１５ＣＧ基于多體動力學的不同剛度剪式齒輪的對比分析研究安木金滕啟寨郭磊閆善恒【摘要】建立了某發(fā)動機多體動力學模型?應用高級齒輪副進行了關鍵齒輪副的定義并進行了模型的仿真計算?針對剪式齒輪對齒輪系的影響問題?分析了其不同扭轉剛度時各齒輪副嚙合的接觸狀態(tài)、齒面法向力和齒面接觸壓力等?并進行了不同剛度剪式齒輪的對比分析?結果表明?不同扭轉剛度的剪式齒輪對與其嚙合的驅動齒輪之間的嚙合特性影響較大?仿真分析過程及結果對同類工程問題具有一定的參考價值?【關鍵詞】多體動力學高級齒輪副剪式齒輪ＣｏｎｔｒａｓｔｉｖｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｃｉｓｓｏｒｓＧｅａｒｓｂｅｔｗｅｅｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔＴｏｒｓｉｏｎＳｔｉｆｆｎｅｓｓｂａｓｅｄｏｎＭｕｌｔｉ￣ＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎＭｕｊｉｎ?ＴｅｎｇＱｉｚｈａｉ?ＧｕｏＬｅｉ?ＹａｎＳｈａｎｈｅｎｇ?ＬｉＨａｎｇｚｈｏｕＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｍｕｌｔｉｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｏｎｅｅｎｇｉｎｅｉｓｂｕｉｌｔ?ｔｈｅｐｉｖｏｔａｌｇｅａｒｐａｉｒｓａｒｅｄｅｆｉｎｅｄｂｙＡＣＹＧ(ＡｄｖａｎｃｅｄＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＧｅａｒＪｏｉｎｔ)ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｎＴｏａｄｄｒｅｓｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｃｉｓｓｏｒｓｇｅａｒｓｉｎｇｅａｒｐａｉｒ?ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔａｔｅ?ｔｈｅｎｏｒｍａｌｆｏｒｃｅａｎｄｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｇｅａｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｅａｃｈｇｅａｒｐａｉｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ?ｔｈｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｂｅｔｗｅｅｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｍｅｓｈｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｃｉｓｓｏｒｓｇｅａｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｇｅａｒＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｒｅｓｕｌｔａｒｅｖａｌｕａｂｌｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓａｍｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓＫｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｕｌｔｉｄｙｎａｍｉｃｓ?ＡＣＹＧ?ｓｃｉｓｓｏｒｓｇｅａｒｓ?ｔｏｒｓｉｏｎ置上模板模型顯示時只有名稱不同置上模板模型顯示時只有名稱不同其中~為曲軸后齒輪與剪式齒輪嚙合的連接副?為重點對比分析的連接副?１１個切片Ｓｌｉｃｅ?齒輪系統(tǒng)是各類機器設備的主要傳動系統(tǒng)?齒輪工作過程中的可靠性直接影響機械設備的性能因此?長期以來人們對齒輪進行了大量的理論分析和試驗研究?并取得了許多但上述研究主要針對普通齒輪副嚙合的齒輪系統(tǒng)?實際工程中存在剪式齒輪的齒輪系中?通過了解不同扭轉剛度的剪式齒輪對系統(tǒng)的影響可以對齒輪系統(tǒng)進行更準確的分析從而有的放矢地進行產品配置本文通過仿真軟件建立某發(fā)動機多體動力學分析模型?利用軟件中的高級齒輪副(ＣＹＧ?ｄｖａｎｃｅｄｙｌｉｎｄｉｃａｌＧｅａｒＪｏｉｎｔ)進行關鍵齒輪副的定義?對不同扭轉剛度的剪式齒輪對齒輪系的影響進行探討１利用仿真軟件建立分析模型如圖所示?計算工況為怠速?且發(fā)動機后取力端為最大載荷單個轉圖１中６個高級齒輪副分別為ＡｄｖＣｙｌＧｅａｒＭｅｓｈ１~高級齒輪副與普通齒輪副的不同體現在軟件對其的內部設圖 某發(fā)動機ＡＶＬＥＸＣＩＴＥ＿ＰＵ仿真計算模２齒輪嚙合的一般評價值包括齒輪驅動嚙合力齒輪沖擊軸承力和扭振等本文使用高級齒輪副進行建模仿真?著重對比不同剛度剪式齒輪的影響?因此重點分析接觸狀態(tài)齒面法向力和接觸壓力等內容齒輪副局部坐標系示意圖如圖２所示定義ｐｉｎｉｏｎ驅動輪的中心指向ｇｅａｒ被驅動輪的中心為方向?垂直于齒面方向為Ｚ?右手法則確定Ｙ＋模型中剪式齒輪的兩個齒輪分別命名為ＳＣＩＳＳＯＲ１~２２０１５ＣＧ 分析中所用齒輪的左右側指面向嚙合齒輪副時向觀察者?齒輪上各齒的左右側面圖

在循環(huán)的兩端存在沖擊載荷在施加沖擊載荷之前?剪式齒輪的兩個齒輪之間存在角度偏差?曲軸后齒輪分別與ＳＣＩＳＳＯＲ１~２的右側和左側齒面接觸沖擊載荷作用后?兩個齒輪發(fā)生相對轉動?當載荷達到一定程度后?偏差角度消失和圖分別為曲軸后齒輪與不同剛度剪式齒輪的接兩條曲線分別為曲軸后齒輪與剪式齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ１~的接觸狀態(tài)曲線曲線為時指兩齒輪右側齒面接觸為時指左側齒面接觸?為０時不接觸由圖和圖可知在循環(huán)末端兩剪式齒輪的左側都與曲軸后齒輪嚙合只是同時進入嚙合時對應的曲軸轉角不同７１３°?大剛度剪刀齒輪比小剛度剪刀齒輪滯后１４°圖 圖 另外??扭轉剛度大的剪式齒輪與曲軸后齒輪嚙合較好?而剛度小的剪式齒輪在嚙合過程中存在較多不接觸區(qū)?說明嚙合齒輪之間

圖和圖分別為曲軸后齒輪與不同剛度剪式齒輪兩側圖 圖 ２０１５ＣＧ其中兩條曲線分別為曲軸后齒輪與剪式齒輪~由圖５和圖左側圖可知?循環(huán)過程中曲軸后齒輪與ＳＣＩＳＳＯＲ２右側齒面作用力都為０?而與ＳＣＩＳＳＯＲ１右側齒面作用力較多存在?二者多處于接觸狀態(tài)由圖右側圖可知循環(huán)過程中曲軸后齒輪與ＳＣＩＳＳＯＲ２左側齒面作用力較多存在?說明二者較多處于接觸狀態(tài)由于沖擊載荷的作用在循環(huán)過程末端與ＳＣＩＳ

ＳＯＲ１~２左側齒面作用力均由０突然變大?此時曲軸后齒輪左對比圖５和圖６可知?曲軸后齒輪與小剛度剪式齒輪(ＳＣＩＳＳＯＲ１右側和ＳＣＩＳＳＯＲ２左側)嚙合過程中存在較多受力為０的地方?嚙合過程中有較多不接觸時刻?嚙合齒輪之間相互撞擊的現象多?而與大剛度剪式齒輪能較好地嚙合７圖 從發(fā)動機后端視圖面對兩嚙合齒輪曲軸后齒輪為驅動輪逆時針旋轉第一對嚙合齒輪~第三對嚙合齒輪如右側Ｓｌｉｃｅ大小由于為動畫截圖?顯示大小并不代表各對嚙合齒切片的實際值以曲軸后齒輪與剪刀齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ２嚙合為例?

接觸壓力曲線圖和柱狀圖分別如圖~圖所示左圖右其中圖８和圖１０中不同顏色的曲線代表各切片的接觸壓力９和圖１１所示圖８曲軸后齒輪與小剛度剪刀齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ２圖９曲軸后齒輪與小剛度剪刀齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ２圖 曲軸后齒輪與大剛度剪刀齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ２各切片接觸壓力曲線２０１５ＣＧ 圖 曲軸后齒輪與大剛度剪刀齒輪ＳＣＩＳＳＯＲ２各切片最大接觸壓力柱狀由圖８和圖１０可知?沖擊載荷施加后?小剛度剪式齒輪的ＳＣＩＳＳＯＲ２受到沖擊作用產生反向旋轉?使得其右側齒面與曲軸后齒輪接觸?產生接觸壓力?說明剪式齒輪扭轉剛度不足此外?小剛度剪式齒輪的ＳＣＩＳＳＯＲ２左側齒面在循環(huán)中存在較多接觸壓力持續(xù)為的地方說明循環(huán)內兩嚙合齒輪存在多次沖擊的現象?而大剛度剪式齒輪的ＳＣＩＳＳＯＲ２左側齒面只有一處接觸壓力為的時間段循環(huán)內兩嚙合齒輪只存在由圖和圖可知?各齒面中間區(qū)域接觸壓力較大這是由于齒面修形中鼓形量的存在接觸壓力分析結果與前對比圖~可知大剛度剪式齒輪與曲軸后齒輪

３通過上述分析?可以得到下列結論利用仿真分析軟件對比不同扭轉剛度的剪式齒輪對齒輪系影響的方法是可行的使用軟件中的高級齒輪副進行關鍵齒輪副的定義?使得結果對比更加全面直觀通過接觸狀態(tài)齒面法向力和接觸壓力等內容對齒輪副嚙合特性進行綜合評價?可以使分析結果前后呼應?更加準(３)不同扭轉剛度的剪式齒輪對嚙合齒輪副的影響較大?對于存在沖擊載荷的齒輪系中?大剛度剪式齒輪的使用更有參考文獻[１]ＤｕａｎＦａｎｇｌｉ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｌａｎｋｐｒｏｆｉｌｅｒｕｎｎｉｎｇｉｎｃｕｒｖｅｏｎｔｈｅｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].ＭａｃｈｉｎｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?１９９７?(２):１３~１５.[２]雷新望?李凌均?沈紫樂.斷齒故障齒輪的沖擊激勵研究煤礦機械?２０１２?３３~[３]ＸｉａＹａｎｑｉｕ?ＬｉｕＷｅｉｍｉｎ?ＹｕＬａｉｇｕｉ.Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｒｒｏｓｉｖｅｇｒｉｎｄｉｎｇｏｆｇｅａｒｓ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅｉｎＣｈｉｎａ(ＳｅｒｉｅｓＡ)?２００１?４４:２６３~２６６.

[４]李建惠?劉英華?劉云霞.水冷柴油機齒輪輪齒斷裂分析研究柴油機?２０１３?３５(１):３７~[５]Ｃｈｅｎ