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1、线切割机床两齿轮接触问题的有限元分析摘要：为了提高快走丝线切割机床的加工精度，最大限度的减小齿轮接触应力，本文建立了齿轮接触 问题的有限元模型，并定义了单元属性，划分了网格。通过对接触应力云图和位移云图的分析，得出了如 下结论：在齿轮传动中，齿轮对接触应力和位移由于方向不同会发生变化，最大接触应力发生在单齿接触 时，位置在节圆附近。在接触问题的数值模型中，界面约束方法、摩擦模型、接触刚度、初始接触条件都 是影响计算结果重要因素。关键词:接触问题；接触应力；有限元分析1 引言我国的数控高速走丝电火花线切割加工技术自研制成功以来， 经过不断完善和发 展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。随着科学
2、技术的发展，对各类产品的制 造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。伴随着国内电火花线切割 技术的逐步完善，随之而来的种种问题渐渐浮出水面。齿轮是线切割机床最重要的部 件之一，因此，齿轮接触问题对线切割机床加工精度的影响不言而喻。如何通过技术 手段减小齿轮接触应力， 找出产生齿轮最大接触应力的位置并采取相应手段减小齿轮 的接触应力是当前线切割机床研究的主要课题之一。 本文就两齿轮接触问题进行了研 究，通过对两齿轮接触问题的有限元分析，找出了齿轮接触时最大接触应力产生的部 位。2齿轮接触问题的有限元建模过程（1）定义单元类型： 为使所建齿轮模型最大程度上能够反映出齿轮接触问题所产生的
3、结果，查询机械设计相 关资料，齿轮部分采用S0LID95单元划分网格，接触部分采用Contact3Dtargetl70单元以 及Contact3D 8nd surfl74单元划分网格。（2）定义材料性能参数：相关材料的弹性模量EX为2.2E+005，泊松比PRXY为0.3。（3）生成传动齿轮对几何模型并划分网格：利用PRO/E模型所提供的相应功能建立每个齿轮的模型，用IGES接口将PRO/E模型导 入ANSYS软件中，定义单元属性，材料性能参数后对其进行网格划分。由于是传动问题，需 要在ANSYS软件中定义齿轮对。生成的传动齿轮对几何模型如图1所示。图 1. 传动齿轮对有限元模型网格划分4）定
4、义约束和扭矩后传动齿轮对几何模型：在所分析的两个齿轮的内圆面定义 X,Y,Z 三个方向的约束；在左侧齿轮最靠近左上角和 右下角位置的两个齿位置分别施加 20 牛顿的载荷以形成扭矩。定义约束和扭矩后传动齿轮 对的几何模型如图 2 所示。图 2. 定义约束和扭矩后传动齿轮对几何模型（5）利用接触向导生成接触：在齿轮接触问题的有限元分析中，接触部分定义方法是采用接触向导生成接触对。在ANSYS 中利用相关命令创建（271-342），（271-23），（272-12），（275-15），（254-15），（256-17）（256-345），（257-320）八个接触对。（6）齿轮对接触位移等值线图：齿
5、轮对在 X,Y,Z 方向的接触位移等值线分别如图 3，4，5 所示：图 3 齿轮对 X 方向位移等值线图 4 齿轮对 Y 方向位移等值线图 5 齿轮对 Z 方向位移等值线（7）齿轮对接触应力等值线图：齿轮对在X,Y,Z方向的接触应力等值线分别如图6, 7, 8所示:图 6 齿轮对 X 方向应力等值线图 7 齿轮对 Y 方向应力等值线图 8 齿轮对 Z 方向应力等值线3 结论：由齿轮接触位移和应力在X,Y,Z方向的等值线分析得出如下结论：在齿轮传动中，齿轮 对接触应力和位移由于方向不同会发生变化，最大接触应力发生在单齿接触时，位置在节圆 附近。4 结束语本文对齿轮接触问题进行了理论分析，利用“弹
6、性分析理论”推导出了两齿轮接触时接触点的接触方程。建立了齿轮接触问题的有限元模型，通过对齿轮对在 X,Y,Z 方向接触应力云图和接触位移云图的分析，得出了“在齿轮传动中，齿轮对接触应力和位移由于方向不同会发生变化，最大接触应力发生在单齿接触时，位置在节圆附近。”的结论5 参考文献 ：1 DAI Yu-xing TANG Rui ZHANG Yi-bing JIANG Jin CNC multi-cutting technology and development trends Hunan University School of Electrical and Information Engineering, Hunan, Changsha D 戴 瑜兴汤睿张义兵蒋近数控多线切割技术及发展趋势D长沙 湖南大学2 WU Jin-hui CHEN Xiu-yu JIANG Wen-qing ENSURING QUALITY METHODS OF WEDM-HS Jiujiang Vocational and Technical College; Jiangxi,Jiujiang J 吴金会; 陈修禹; 江文清; 确保数控快走丝电火花线切割加工质量的方法 J 九江 九江职业技术学院
