某变速器齿轮的动态特性分析及疲劳寿命研究

摘要

变速器齿轮作为其功能实现的核心部件，对其动态力学性能及疲劳寿命进行研究很有必要。本文应用动态有限元分析方法对变速器齿轮进行了动态啮合分析，并以动态分析结果为基础对变速器齿轮进行疲劳研究。
　　以渐开线斜齿轮的设计理论为基础，依照变速器齿轮的详细参数，对斜齿轮进行了参数建模，参照变速器的结构及布置进行齿轮系统装配。在前处理软件中，划分变速器齿轮全齿网格。在发动机最大扭矩工况下，且转速达到最大扭矩工况下最大值时，计算变速器各个挡位齿轮的扭矩和转速，以此为基础设置齿轮分析时的边界条件。
　　基于有限元动态分析方法，分析各个挡位齿轮的应力分布与变化。将齿面最大接触应力和齿根最大弯曲应力与理论计算的许用应力进行比较，各个挡位齿轮接触与弯曲应力符合强度要求。在齿轮动态啮合过程中，啮合齿数、啮合位置及接触线长度对齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力都有着一定的影响。分析齿面摩擦系数、负载扭矩、转速对齿轮动态应力的影响，齿面摩擦系数越大、负载扭矩越大、主动齿轮转速越快，齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力越大。
　　应用名义应力法，以齿轮动态啮合中的最大应力结果作为应力输入，设置齿轮的载荷-时间历程曲线，定义齿轮的接触疲劳特性曲线和弯曲疲劳特性曲线，对齿轮的接触疲劳寿命及弯曲疲劳寿命进行预测，结果表明各个挡位的齿轮寿命符合标准要求。最后，在变速器试验台架上对变速器齿轮进行耐久试验验证，试验结果表明变速器齿轮符合使用寿命要求。