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高速齿轮运转过程中轮齿的温度效应对齿轮的传动性能、胶合失效及润滑冷却系统的设计操控有重要的影响,因此分析研究其温度场规律及相关因素对温度的影响规律有重要意义。高速齿轮温度场引起较大的齿轮热变形,在齿轮修形时分析考虑热变形的影响十分必要。 本文建立了齿轮温度有限元分析边界条件的计算模型,应用ANSYS对高速渐开线圆柱齿轮进行温度有限元分析,得到主、从动轮轮齿温度大小及分布规律:主、从动轮轮齿本体温度在齿根齿顶啮入、啮出区域的齿面上均出现了峰值(80C左右),齿面上节线区域温度较低,齿宽方向上温度分布对称,中部的温度值高于齿轮两端面。与实验结果的对比验证了温度有限元分析的可行性。 数量化地分析了转速、转矩、齿宽、模数、齿轮箱空气温度和润滑油温度、齿轮端面和啮合面对流传热系数各因素对轮齿温度的影响规律。轮齿齿面各处本体温度随转速或转矩的提高而升高,各点温度增幅不均,随着转速或转矩提高,温度增幅程度降低;齿宽增加各点本体温度较均匀增加;模数改变带来轮齿体积、接触压力及传热系数的变化,多种因素的综合作用导致轮齿本体温度随模数增加而先减后增;大转矩或高转速下,转速、转矩、齿宽、模数对轮齿温度的影响加剧;轮齿齿面最大本体温度随齿轮箱空气和润滑油温度增减而做小幅增减,其变化不受转速和转矩影响;齿轮端面和啮合面的传热系数对轮齿齿面本体温度影响程度较小,二者增加,齿轮齿面本体温度降低,反之升高。 应用ANSYS间接耦合法对齿轮进行结构热弹耦合分析,获得主、从动轮单齿啮合区起止位置沿齿宽方向不均匀的热弹变形值,依此为依据确定齿轮最大修形量,确定齿廓修形三要素,对主动轮进行了齿廓修形设计。 应用ANSYS/LS-DYNA对修形前后的齿轮进行动态仿真分析,得到修形前后的轮齿啮合力曲线和啮入啮出时轮齿应力分布,又对修形后齿轮进行温度有限元分析得到其轮齿本体温度分布。由结果对比知:齿轮修形后,在啮入啮出时轮齿动态啮合力及轮齿应力均降低,啮入啮出冲击减小,力学性能改善;修形后,轮齿齿面两个温度峰值区域由齿顶和齿根区域向齿廓中部移动,温度峰值降低。