Excite-Timing-Drive-基础培训-齿轮传动

ADVANCEDSIMULATIONTECHNOLOGIES基础培训基础培训基础培训基础培训齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动ADVANCEDSIMULATIONTECHNOLOGIES齿轮系传动系动力学GearTrainDynamicAnalysis
正时齿轮系TimingdriveGearTrain
高负荷冲击GearHammering
齿轮驱动与传动的动态特性Dynamicbehaviorofgeardrivesandtransmissions
齿轮振动噪声GearNVH
齿轮冲击齿轮噪声GearRattle&GearWhine
齿轮箱动力学GearBoxDynamics3名词术语齿轮模拟GearModelization
斜齿轮的法向齿距pn和端面齿距pt之间的关系为，β是螺旋角pn=pt·cosβ
斜齿轮的法向模数mn和端面模数mt之间的关系为mn=mt·cosβ
国标规定了斜齿轮的法向参数（mn、αn、法向齿顶高系数ha*及法向顶隙系数c*）为标准值，而端面参数为非标准值。
用铣刀切制斜齿轮时，铣刀的齿形应等于齿轮的法向齿形；
在轮齿弯曲强度计算时，也需要研究最小危险截面（法面）.4正时齿轮驱动系TimingGearDriveModels齿轮模拟GearModelization凸轮轴齿轮外载（包括波动）曲轴齿轮-驱动匀速或波动.径向轴承要考虑曲轴轴颈的弯曲变形刚度＋支承刚度复合惰轮.径向轴承考虑支承刚度凸轮轴齿轮曲轴齿轮复合惰轮R蓝色:旋转激励G粉色:啮合齿轮S橙色:前轴段绿色:弹性支承/啮合齿轮/后轴段连接箭头由驱动端指向从动端径向轴承要考虑凸轮轴轴颈的弯曲变形刚度＋支承刚度5建模Modeling齿轮模拟GearModelization
齿轮盘为集中质量点(刚体)GearWheelrepresentedbyRigidBodies
Shaft-Gear-Element带轴齿轮(强烈建议使用):齿轮和轴的复合单元,有6个自由度,考虑轴的旋转和轴向运动,以及弹性支承刚度SHGE(shaft+gear):(6DOF’s=radialandaxialmotions,recommended!)
一般不用不用不用不用Gear-Element无轴段齿轮,因其只能考虑转动1个自由度,内设刚性支承(无轴承变形),因而会过高估计齿力
滚动轴承兼含径向和推力作用，需由共同定义
齿轮轴的弹性支承(如：机体前端、缸头相应位置刚度)，定义在相应的径向轴承和推力轴承中
轴段弹性特征:若本单元前面没有轴段SHAF单元,则不需定义(与截面有关的数据,如面积,截面模量等)
定义旋转激励:曲轴/齿轮轴转速波动(可选)及均匀主转速(必选)
最末端的齿轮应给定动载时间序列数据6
用力单元实现齿接触ContactofToothrealisedbyForceElement
不考虑齿轮轮廓RealToothProfilenotincorporated!
沿压力线:压力角、螺旋角ActuationalongPressureLine:PressureAngle,HelixAngle
驱动侧隙和背隙Clearance(=Backlash)betweenDrivingandBacklashFlank
考虑可变啮合刚度,计入传动误差(静态几何与弹性变形)introduceany(static)TransmissionError(GeometryandCompliance)viavariableMeshingStiffness(calculatedbyexternalTool)
结构刚度(轴段)和阻尼StructuralStiffness(variable)AngleandDamping
背隙阻尼DampinginBacklash
耦合体的运动变换到压力线,相对运动的估计以便得到啮合力;考虑齿轮旋转、径向与轴向运动MotionofcoupledBodiesisTransformedintoPressureLineandRelativeMotionisEvaluatedtoobtainMeshingForce;ConsiderAngular,RadialandAxialMotionofGears齿轮模型GearModel„DrivingFlank“„Backlash“„PitchPoint“PressureLine压力线驱动侧隙背隙节点(节圆相交点)压力角节圆旋转方向主动轮齿轮啮合理论7啮合刚度必须描述一对齿轮所有啮合齿的总刚度mustrepresententirestiffnessofallmeshingtoothofagearpair.
刚度常数:对于正时驱动精度足够(主要齿轮敲击)(为沿啮合过程的平均值)Constantstiffness:sufficientfortimingdrives(mainlygearrattle)(meanvaluealongtheengagement)
变刚度:啮合过程中刚度变化,因实际参与啮合的齿数变化Variablestiffness:changesalongengagementduetonumberofactivetoothpairs(whine)
程序应用估算公式得到Pre-processingtoolavailableintheGUI(basedoncalculationbyNiemann)forcalculatingconstantstiffnessvalues
齿轮啮合刚度计算考虑齿根高hF和边缘厚度sR的影响,特别是hF/sR小的齿轮
获得方法:
估算方法(如:NiemannII):方便，EXCITE_TD提供计算工具，同时考虑齿轮盘刚度的影响，推荐使用ApproximationMethods(e.g.NiemannII)
有限元法：建模麻烦,正确模型的精度高FEA,accurate
测量：较困难Measurement齿轮啮合理论8啮合刚度的变化
齿轮啮合的重叠系数一般为非整数，啮合齿数交替变化，使啮合刚度也发生周期性变化，其变化基率为齿轮的啮合频率。齿轮啮合理论9动态当量齿力(NiemannII)DynamicEquivalentToothForces(NiemannII)pequqIItoothIIqItoothIequtoothNFNFNF1,,,....+⋅+⋅=engagementtotalequttN=IItoothItoothFF,,,IIINN,pequN.....受力分类(上限)ClassofForce(upperlimit).....每类中的峰值数Numberofpeakswithinaclass.....材料承载指数Exponentforload-bearing-capabilityofmaterialbyassumingacertainload-type(p=8.7).....当量数Equivalentnumberofforcereversals可用于疲劳计算Necessaryforfatigue-calculations齿轮啮合理论根据齿力持续期-冲击时间timpact,啮合时间tengagement,进行冲击分类accordingtothedurationofatoothforcepeakClassI：：：：ClassII：：：：ClassIII：：：：ClassIV：：：：ClassV：：：：齿力冲击脉冲的分类ClassificationofToothForceImpact-Impulsesengagementimpactttengagementimpacttt⋅=)2~1(engagementimpacttt⋅=)5~2(engagementimpacttt⋅=)10~5(engagementimpacttt⋅1010齿轮啮合参数先选择齿轮，它与前一齿的啮合数据可在此填写驱动数据齿轮质心相对位置外径(齿顶圆齿顶圆齿顶圆齿顶圆直径)齿数转动惯量(绕自身轴)质心轴向偏移量(至中间面)，常0齿轮宽本齿轮平均转速,用来计算一个齿的接触时间本轮前轮全局坐标系Y-Z,右手规则,原点任意,X轴指向纸内,顺时针为正本单元前单元本从动齿轮节圆前主动齿轮节圆节点Y’Z’YZ
动力由前主动轮PrecedingGear传递到本从动轮ActualGear
本齿轮与前齿轮的啮合数据,定义在本齿轮单元中
一个盘子设一个质量点(惯量)。若复合惰轮间连接刚度高,可定义为一个集中质量点。mass-pointsatCoG’sofgears(Assumeconnectingstiffnessbetweengearsofcompoundidlerishigh)D=z*mn/cosββββ11示意图齿轮啮合参数1、蜗杆啮合2、平行轴啮合X-Offset，含正负号12
螺旋角:动力由前轮向本轮传递,且啮合轴向力使本齿轮向x正向移动时,为正Positivehelixangle:Ifpoweristransmittedfromprecedingtoactualgear,andaxialforcemovestheactualgeartopositivex-direction.齿轮啮合参数5040322520161210865432.521.51.2510.80.60.50.40.30.250.20.150.126.1第一系列模数单位(mm)渐开线标准齿轮－直spur或斜helical齿轮本齿轮编号前齿轮编号啮合螺旋角度β，常8-15，正负变位系数6~10%(AVL已比照试验结果)工具压力角α，GB标准为20度法向模数mn,见常用系列节圆Pitchline齿根高齿顶高ha边缘厚度板厚
变速器常见齿形、压力角α、螺旋角β本从动轮(负螺旋角)4.50-6.003.50-4.502.75-3.002.25-2.75模数重型车中型货车中级轿车微型、普通级轿车车型
齿轮模数(法向)m＝p/π，p是节圆齿距。GB1357-87标准模数常用系列常见汽车变速器的法向模数(mm)小螺旋角22.5,25低档和倒档标准齿形重型车20-3020标准齿形一般货车25-4514.5,15,16,16.5高齿修型轿车螺旋角(度)压力角(度)齿形车型13齿轮啮合参数设计参数确定－以无齿隙齿轮公式表述
齿根高其中：,，GB1356-87规定标准齿轮:法面齿顶高系数=1,法面顶隙系数=0.25法面变位系数
齿高变位系数其中
渐开线函数α-压力角(rad),或者-端面啮合角(rad)
以上式中：z1，z2－两轮齿数,m－法面模数－标准中心距,－变位中心距(实际)xt1，xt2－两轮变位系数βcos/ntmm=tttatfmxchh)(**−−=*anhβcos**ntcc=βcos**anathh=*ncttttyxxy−+=Δ21βcosntxx=nx−+=1coscos2'21tttzzyααααα−=taninva′aα′(直齿)14理论变位齿轮重合度略有增加重合度减小较多可用于实际中心距小于标准中心距的场合可用于实际中心距大于标准中心距的场合小齿轮正变位,其齿数小于Zmin而不发生根切.齿轮机构强度有所下降两齿轮均采用正变位或小齿轮正变位,大齿轮负变位(负变位系数绝对值较小),均能提高齿轮机构的承载能力;小齿轮正变位,大齿轮负变位,可达到等强度要求,充分发挥齿轮的承载能力.负传动正传动等变位齿轮传动
切削zzmin的齿轮时避免根切
配凑中心距.一对齿轮在非标准中心距的情况下不仅均能安装，且满足侧隙为零、顶隙为标准值的要求
改善小齿轮的强度和传动啮合特性，提高承载能力
修复已磨损的旧齿轮15齿轮啮合参数
齿轮驱动侧/背隙侧driving/backlash-flank
若动力由前单元传递到本单元,驱动翼进入啮合Ifpowertransmitsfromprec.toactual,drivingflankengages
若动力由本单元传递到前单元,齿背翼进入啮合Ifpowertransmitsfr