變速箱齒輪沖擊性能分析方法的研究

鞏招兵

摘 要：經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展讓我國所有產(chǎn)業(yè)都發(fā)生了一定的影響，尤其體現(xiàn)在人們生活水平的提升，對(duì)車輛的需求量加大。而對(duì)于汽車自身來說，車輛的變速箱是非常容易出現(xiàn)問題的，高負(fù)荷的工作狀態(tài)下，齒輪自身所承受的壓力增加，非常容易造成齒輪失效。

關(guān)鍵詞：變速箱; 齒輪沖擊性能; 分析方法

中圖分類號(hào)：U463.212? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2019）04-196-001

汽車變速箱中的齒輪自身稱重能力都是根據(jù)嚴(yán)格分析之后得出的，通常計(jì)算方法是通過簡化的方式，將齒輪簡化為“懸梁臂”計(jì)算“懸梁臂”周身承壓來計(jì)算齒輪的承壓能力。但這種計(jì)算方式存在非常大的復(fù)雜性和誤差性，往往在經(jīng)過一系列復(fù)雜的計(jì)算公式之后所取得的結(jié)果依舊是錯(cuò)誤的。而如今最多使用的研究齒輪沖擊性的方法有兩種，一種是通過使用物理樣機(jī)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究，根據(jù)齒輪自身所發(fā)生的狀態(tài)改變來分析。這種方式雖然能夠直觀的看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解齒輪所受沖擊力，卻無法明確各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)齒輪所產(chǎn)生的影響，尤其是一旦程序在設(shè)定之后無法對(duì)其進(jìn)行修改與優(yōu)化，費(fèi)時(shí)費(fèi)力;其次是通過虛擬樣機(jī)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，這種方式通常是在系統(tǒng)中錄入經(jīng)典物理學(xué)公式，如力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、有限元等公式，然后在不同階段對(duì)齒輪所承受壓力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，最終實(shí)現(xiàn)有效分析齒輪承受沖擊力的效果。這種方式成本較低，并且在實(shí)驗(yàn)的過程中對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)容易把控，已經(jīng)成為當(dāng)前階段中對(duì)齒輪沖擊性能分析的主流方式。

1.實(shí)驗(yàn)流程

國外很多的科研機(jī)構(gòu)都對(duì)虛擬樣機(jī)有過充分的研究，并且取得了不錯(cuò)的效果。但現(xiàn)階段國外對(duì)于樣機(jī)的研究尚未實(shí)現(xiàn)將經(jīng)典物理學(xué)加入到樣機(jī)之中。而針對(duì)這一問題可以通過使用PRO/E聯(lián)合建模軟件，動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS，和有限元軟件ANSYS來整個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和研究。

1.1 ADAMS與ANSYS之間轉(zhuǎn)化

ANSYS在使用的過程中需要使用到固定格式的文件加以進(jìn)行，通常是以*.lod結(jié)尾的載荷文件。而ADAMS在使用的過程中會(huì)輸出ANSYS系統(tǒng)所使用的文件，以此來實(shí)現(xiàn)源源不斷的向ANSYA系統(tǒng)傳輸有效信息，為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供保障。

1.2 ADAMS系統(tǒng)輸出邊界

要對(duì)齒輪的載荷力進(jìn)行分析時(shí)，首先應(yīng)分析的應(yīng)該是載荷譜，通過分析載荷譜確定零件自身的已損情況。而這一環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)算的過程并不復(fù)雜，通過計(jì)算機(jī)模擬可實(shí)現(xiàn)，通過ADAMS技術(shù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析也可得出。

1.3 ANSYS應(yīng)力應(yīng)變分析

在向系統(tǒng)輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)通過對(duì)網(wǎng)格格式劃分和約束的方式進(jìn)行?？衫肁DAMS中得到的邊界模型進(jìn)行實(shí)施，通過得出的結(jié)果可清晰的分辨出設(shè)備自身承受應(yīng)變應(yīng)力分布狀況，進(jìn)而通過分析各個(gè)部位的應(yīng)變應(yīng)力大小來具體分辨可能存在問題的部位，并結(jié)合齒輪彎曲的狀況對(duì)驗(yàn)證結(jié)果加以驗(yàn)證。

2.變速箱齒輪力學(xué)性能分析選擇

通常汽車在發(fā)動(dòng)時(shí)會(huì)使用二檔進(jìn)行發(fā)動(dòng)，尤其是部分汽車動(dòng)力較小、雪地路滑等情況下，多會(huì)使用二檔起步。但二檔起步的方式對(duì)于齒輪的齒根部位所產(chǎn)生的扭力非常大，加之部分小齒輪的強(qiáng)度非常低，很容易在較大的扭力作用下發(fā)生斷裂。因此在對(duì)齒輪力學(xué)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)選擇二檔進(jìn)行檢測(cè)。

3.嚙合齒輪動(dòng)力學(xué)分析

在對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行分析的過程，應(yīng)首先建立動(dòng)力學(xué)仿真模型。這一模型的建立可通過PRO/E來實(shí)現(xiàn)，在進(jìn)行分析時(shí)也應(yīng)借鑒ADAMS專用接口來和Mech/Pro進(jìn)行結(jié)合。為更好的把握每個(gè)過程對(duì)齒輪自身的影響，可適當(dāng)調(diào)整輸入項(xiàng)和輸出項(xiàng)加以調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)參照物之間的有效轉(zhuǎn)換，具體實(shí)施情況如下：

3.1輸入/出軸與齒輪的控制

輸入/出軸與齒輪之間是通過過盈配合的方式進(jìn)行的，在齒輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中兩者之間不存在轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，因此可通過使用固定搭配的方式進(jìn)行。

3.2箱體和地面之間的控制

箱體和地面之間存在一定的空隙，在實(shí)施控制時(shí)應(yīng)適當(dāng)添加各級(jí)軸承用來維持兩者之間的固定距離。

3.3實(shí)體與實(shí)體之間的控制

為更好的檢測(cè)齒輪之間的摩擦力，可通過使用增加實(shí)體的方式更直觀的表現(xiàn)彼此之間的碰撞力。此外，為不影響齒輪自身的作用，應(yīng)適當(dāng)從中添加潤滑劑的方式來減小實(shí)體之間的摩擦力。

4.嚙合齒輪有限元分析

首先可通過使用PRO/E軟件將實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)導(dǎo)入到ANSYS的Workbench中，軟件自身攜帶的功能會(huì)自動(dòng)向其中添加各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后在軟件細(xì)分網(wǎng)格中加以調(diào)整，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整之后便可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

正確的齒輪受力效果圖應(yīng)表現(xiàn)為齒輪受應(yīng)力分布應(yīng)與梁分布有直接關(guān)系，通常情況下中間所受應(yīng)力應(yīng)較小，而齒輪的周邊也就是輪廓部位所受應(yīng)力應(yīng)較大。

5.結(jié)語

綜上所述，文章立足當(dāng)前環(huán)節(jié)中變速箱齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中所面臨的問題，構(gòu)建了一種更加直觀的分析變速箱在運(yùn)行中所產(chǎn)生變化的系統(tǒng)。文章基于現(xiàn)有的物理樣機(jī)進(jìn)行分析，可以說借助了前輩在對(duì)于物理樣機(jī)研究過程的成果，并加以改進(jìn)。得到的結(jié)果能夠更加接近現(xiàn)實(shí)情況，方便了現(xiàn)階段對(duì)于齒輪沖擊力的研究。當(dāng)然，文章研究的內(nèi)容也并不是技術(shù)的終點(diǎn)，應(yīng)以此為基礎(chǔ)，努力發(fā)展新的技術(shù)和手段，提升對(duì)于變速箱齒輪沖擊性能分析能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳東月.基于改進(jìn)的CEEMD及IMF價(jià)值評(píng)價(jià)的高速列車齒輪箱故障診斷研究[D]西南交通大學(xué)，2018

[2]黃鵬飛，李駿，肖亞運(yùn).基于ADAMS的起動(dòng)機(jī)嚙合齒輪的動(dòng)力學(xué)仿真分析[J]機(jī)電信息，2016（15）：126-128

[3]呂中亮.基于變分模態(tài)分解與優(yōu)化多核支持向量機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械早期故障診斷方法研究[D]重慶大學(xué)，2016

[4]周嵬，張邦成.變速箱齒輪沖擊性能分析方法的研究[J]長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，12（01）：69-72