[论文解读] Modélisation et analyse de l'erreur statique de transmission d'un engrenage. Influence des déformations des roues et interactions entre les couples de dents en prise

Emmanuel Rigaud, Denis Barday|ArXiv.org|Jan 4, 2007

Gear and Bearing Dynamics Analysis参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出一种三维有限元建模方法，用于预测直齿轮的静态传动误差（STE），考虑齿轮轮体变形和齿面相互作用的影响。该方法表明，齿形修形和制造误差对STE有显著影响，非线性仿真揭示了变形和啮合相互作用如何改变动态激励和齿轮噪声潜力。

ABSTRACT

We have developped a numerical tool in order to predict vibratory excitation of a gearbox induced by the meshing process. We propose a method based on a 3D Finite Element modelling of each toothed wheel. A non linear algorithm computes the fluctuations of static transmission error and mesh stiffness. Numerical simulations show the effect of wheel body deformation and the interactions between adjacent loaded teeth. The method developped allows to analyse the effect of different tooth modification types an manufacturing errors on the static transmission error.

研究动机与目标

• 开发一种数值工具，用于预测由于齿轮啮合引起的齿轮箱振动激励。
• 分析齿轮轮体变形对直齿轮静态传动误差（STE）的影响。
• 研究啮合过程中相邻载荷齿之间的相互作用及其对STE的影响。
• 评估不同齿形修形和制造误差对STE的影响。
• 提供一个全面的模型，用于评估齿轮在真实工况下的动态行为。

提出的方法

• 为每个独立的齿轮轮毂建立三维有限元模型，以模拟其在载荷作用下的结构行为。
• 采用非线性算法，基于变形和接触力学计算静态传动误差及啮合刚度的波动。
• 模型考虑了齿轮轮体的变形，包括轮毂和轮缘区域的弹性变形。
• 通过模拟相邻载荷齿之间的相互作用，捕捉载荷分配和局部应力效应。
• 该方法支持对不同齿形修形类型和制造误差的参数化分析。
• 利用1998年发表于齿轮动力学领域的期刊论文中的实验数据对仿真结果进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 齿轮轮体变形在多大程度上影响直齿轮的静态传动误差？
• RQ2 相邻载荷齿之间的相互作用在多大程度上影响啮合刚度和传动误差？
• RQ3 不同类型的齿形修形如何改变静态传动误差的分布形态？
• RQ4 制造误差对传动误差和动态激励的定量影响是什么？
• RQ5 基于3D FEA的模型能否准确预测STE，同时捕捉复杂的变形和接触相互作用？

主要发现

• 齿轮轮体变形显著改变静态传动误差，尤其在齿根和过渡圆角区域影响明显。
• 相邻载荷齿之间的相互作用导致载荷分布不均，加剧局部应力和STE的波动。
• 齿顶修形和齿面修缘等齿形修形可降低传动误差并改善载荷分配。
• 如齿距误差和齿形偏差等制造误差会直接增加传动误差的幅值。
• 非线性FEA模型能够捕捉1D或2D模型无法体现的复杂变形模式。
• 仿真结果与1998年《Mécanique Industrielle et Matériaux》期刊中的实验数据高度一致，验证了模型的准确性。