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[其他] 过盈配合分析

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发表于 2017-2-26 19:14:25 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 上海宝山区



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 楼主| 发表于 2017-2-26 20:00:56 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
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接触计算与节点自由度耦合的区别,就在于接触允许滑动,从而导致耦合状态发生改变,也就是有的节点对进入耦合或者脱离耦合。

如果设定摩擦系数无穷大,那么接触分析就与节点自由度耦合没有什么区别了。接触分析是高度非线性的问题,但是节点自由度耦合是线性问题,两者的求解难度有天壤之别!
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 楼主| 发表于 2017-2-26 19:33:05 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
硬齿面齿轮有个美中不足的地方,那就是小齿轮太小,导致轴承或者联接(键)的强度不足,为此我们大量采用加长小齿轮的办法,把齿顶圆当成轴承挡肩,让轴尽可能加大,或者把齿顶圆当成过盈联接的结合面。
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 楼主| 发表于 2017-2-26 19:37:25 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
在高可靠性的场合,我们基本不采用键联接的方式,尽可能设计成一体式齿轮轴结构,例如本例两级减速三根轴,其输入输出轴都采用一体式结构,绝对避免了联结失效的可能。

但是,中间轴无法采用一体式结构,所以采用过盈联接的方式。
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 楼主| 发表于 2017-2-26 19:42:46 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
本帖最后由 zengxiaodong 于 2017-2-27 10:08 编辑

圆柱面过盈联接有标准的计算方法,但是齿顶圆过盈联接没有标准公式进行解析计算,因此只能借助现代化的有限元分析工具进行设计计算。

本例完全按照实际的齿形进行建模,渐开线齿面,齿根过渡曲线等都按照实际的形状精确建模,然后拉伸成齿轮。




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 楼主| 发表于 2017-2-26 19:52:24 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
很显然,要精确建模斜齿轮的话,会导致巨量的单元和节点数量,给求解带来很大的难度。
本例齿轮,划分了46万个节点,自由度接近150万。

这样规模的模型,如果按照接触分析来进行过盈计算,其实几乎是不可能的!
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 楼主| 发表于 2017-2-27 09:36:56 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
斜齿轮的建模方法请参照如下帖子

http://forum.simwe.com/forum.php ... C%E9%BD%BF%E8%BD%AE
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 楼主| 发表于 2017-2-27 10:52:10 | 显示全部楼层 来自 上海宝山区
理论接触刚度,以及相对滑动系数



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 楼主| 发表于 2017-2-28 10:20:42 | 显示全部楼层 来自 安徽
本帖最后由 zengxiaodong 于 2017-2-28 10:52 编辑





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 楼主| 发表于 2017-3-6 08:32:15 | 显示全部楼层 来自 上海
150万自由度,这在以前是不可想象的圣杯!但是,如果不加仔细设定和反复尝试,本例自动分网很容易突破300万节点1000万以上的自由度,这就要动用昂贵的超级计算机才能求解了。
即使150万自由度,在个人电脑里也只能进行接触区节点自由度耦合求解,而且最常用的Sparse(稀疏矩阵求解器)需要30G以上的内存,也无法实现。
最后只有采用PCG(预条件共轭梯度)求解器才完成求解工作!
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 楼主| 发表于 2017-3-6 08:33:03 | 显示全部楼层 来自 上海
蜗轮蜗杆传动为什么效率低?原因之一是其齿面相对滑动太大了,为了对抗滑动问题,要求接触线尽可能垂直于滑动方向,以形成锲形刮油效应!圆弧齿圆柱蜗杆(德国弗兰德)以及直廓环面蜗杆(美国Cone Drive)是利用这类刮油效应的典型产品。
对于渐开线圆柱齿轮传动,也有齿面相对滑动的问题,滑动大就会导致效率低,还使得易于发生齿面磨损和胶合失效。
为此,可通过变位来均衡优化齿面相对滑动,这就是所谓的“等滑动系数”设计方法,上面的有一张图就是优化后的相对滑动系数结果,可见大大减小了齿面相对滑动!
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 楼主| 发表于 2017-3-6 08:33:57 | 显示全部楼层 来自 上海
优化后最大滑动系数(齿根)不超过0.7,而优化前的滑动系数超过2.0,有时甚至接近3.0!
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 楼主| 发表于 2017-3-6 08:34:40 | 显示全部楼层 来自 上海
齿轮传动的噪声和振动问题,从设计和加工的角度而言,有4个层次。

第一个层次:是直齿轮变成斜齿轮。这样就能增加同时啮合的齿对数,也就是增加总重合度,使得传动平稳,噪声低;

第二个层次:是尽量提高加工精度。自从欧拉发现共轭齿廓之一的渐开线以来,由于其一系列的显著优点,早已成为最广泛的齿廓形式!无数的人力物力投入到不断提高齿面加工精度上来,目的当然是尽可能实现理想渐开线的形状。磨齿,是最经济可靠地达成理想渐开线齿面的加工方法,尤其是其中的大平面砂轮磨齿方法(一般用于磨齿轮刀具)。只要采用了磨齿工艺,6级精度基本上是最低要求,4~5级精度也不算太稀奇;

第三个层次:是齿轮的修形。在齿轮精度不断得以提高以后,人们发现,理想渐开线齿形反而不能实现最低的振动和噪声,原因是齿轮承载以后必然产生变形,由此出现啮入啮出的冲击,要消除这个冲击,就得把齿顶(和/或)齿根的渐开线修磨掉微量的一点点,以便与齿的弹性变形抵消;

第四个层次:是接触刚度的优化。齿形优化是局部优化,从系统的观点来看,变参数的刚度激励成为了进一步的优化内容,通过选取不同的螺旋角和齿宽的组合,可以使得齿轮的接触刚度保持恒定,第一张图就是接触刚度优化以后的结果。
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 楼主| 发表于 2017-3-6 08:35:37 | 显示全部楼层 来自 上海
单齿对的接触刚度是蓝色的线,脉动范围从13~18,而合成的接触刚度是绿色的线,几乎恒定保持在17上不变,经优化成这种恒定接触刚度的齿轮,被誉为是“无声齿轮”!
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发表于 2017-11-28 08:44:09 | 显示全部楼层 来自 辽宁沈阳

蜗轮蜗杆传动为什么效率低?原因之一是其齿面相对滑动太大了,为了对抗滑动问题,要求接触线尽可能垂直于滑动方向,以形成锲形刮油效应!圆弧齿圆柱蜗杆(德国弗兰德)以及直廓环面蜗杆(美国Cone Drive)是利用这类刮油效应的典型产品。
对于渐开线圆柱齿轮传动,也有齿面相对滑动的问题,滑动大就会导致效率低,还使得易于发生齿面磨损和胶合失效。
为此,可通过变位来均衡优化齿面相对滑动,这就是所谓的“等滑动系数”设计方法,上面的有一张图就是优化后的相对滑动系数结果,可见大大减小了齿面相对滑动
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发表于 2017-12-2 10:25:24 | 显示全部楼层 来自 辽宁沈阳
实际工作中没有这麽干的,纯属娱乐
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发表于 2018-1-19 19:25:59 | 显示全部楼层 来自 河南
很有学习价值!!
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发表于 2019-6-2 18:17:04 | 显示全部楼层 来自 中国
谢谢楼主的分享,下载了学习一下
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 楼主| 发表于 2019-6-3 09:09:47 | 显示全部楼层 来自 安徽
齿轮的修形现在已经进入了一个误区,那就是忽悠的误区!
先是修形,再是修形导致齿面扭曲,后是抗扭曲磨削技术,越来越玄乎,其实多数是鬼扯!
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发表于 2019-6-17 16:29:05 | 显示全部楼层 来自 北京
圆柱面过盈配合怎么计算?尤其是摩擦系数怎么确定?印象中,过盈配合的摩擦系数是一个比较复杂的研究课题
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