某差速器齿轮的参数化设计及有限元分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

The Parametric Design and Finite Element Analysis of a Differential GearWANG Hang.mo ，LIU Fei ，XIA Hart-guan2， ZHAO Hong-jun2，WANG Xiao-qian ，ZHANG Yan-wei(1.School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China；2.Jiangsu Pacific Gear Transmission Co.，LTD，Jiangyan 225500，China)Abstract：Large three-dimensional design software，UG，is used for secondary development to build a parametric modelingsystem，which can be used to accurately and quickly generate a three-dimensional model for differential gears.The designquality and eficiency are thus improved.At the same time，the model is seamlessly connected to finite element softwarefor static strength analysis and dynamic contact analysis of the diferential gear.The results show that the largest bendingstress of planet gear and side gear is at the tooth root and lower than alowable stress value.More importantly， toothsurface contact stress is considerably lower than the alowable contact stress of the material，thereby preventing contactfatigue damages。

Key words：diferential；parametric；finite element 差速器是汽车传动系统的重要组成部分，而差速器齿轮又是差速器的关键零件，它的可靠性直接影响汽车整车的质量水平.围绕差速器的设计和结构分析，国内外学者开展了大量的研究工作.吉林大学的蒋法国等人分析了差速器行星齿轮弯曲强度，得出随着齿根圆角半径的增大，齿根应力逐渐减小 1 ；华中科技大学的郑威、金俊松等学者基于 UG开发了-套差速器圆锥齿轮的参数化造型系统，通过输入相关参数该系统可自动生成差速器齿轮模型 ；江苏大学的高翔、程建平等人基于 LS.DYNA软件对差速器直齿锥齿轮进行了动力学接触仿真分析 J.ANDREWS J D利用有限元法进行了齿轮应力的分析并通过光弹性试验进行了验证l4j.H.Von Eif等研究了齿形对齿轮应力的影响 J。

本文基于参数化设计和有限元分析技术，进行差速器齿轮参数化设计和强度校核的-体化研究。

收稿日期：2012-07-24；修回日期：2012-08-10基金项目：江苏势技支撑计划项目(BE2011164)作者简介：王良模，博士，教授，研究方向为车辆系统动力学、车辆动态模拟与仿真E-mail：liangmo###mail..just.edu.cn2 南京工程学院学报(自然科学版) 2012年 9月差速器齿轮的参数化设计目前常用的齿轮参数化建模方法有两种 J：-种是利用 API函数直接创建对象，利用这些对象来完成齿轮实体的建模 、编辑和修改；另-种是手工创建参数化的齿轮模板，提取其中的关键参数变量，通过修改关键参数变量实现齿轮模型的更新.前-种方法涉及的知识面较宽，对编程人员要求较高；后-种方法比较简单，对于非编程人员应用难度较小.因此本文采用后-种方法，即用手工在 UG中参数化创建齿轮实体模型，并将变量用表达式来表示，得到齿轮模板.然后通过修改齿轮模板中的变量，所得到的齿轮模型实现参数驱动下的自动更新。

UG/OPEN提供的MenuScript和UIStyler两个拈用于制作应用程序的用户界面 .其中 MenuScript用于创建和编辑 UG的下拉菜单和工具栏.使用记事本创建应用程序的菜单文件，该菜单文件包括行星齿轮”按钮和半轴齿轮”按钮.按钮用于齿轮的参数化设计。

进入 UG/OPEN UIStyler模式，创建如图1所示的行星齿轮参数化没计”对话框.使用Vc6.0，创建应用程序的工程，工程名称为 planet.利用向导 ugopen.awx创建应用程序，应用程序使用ut'sta函数 作 为入 口函数，当 UG进程 结束 时，自动卸 载.将UG/OPEN UIStyler拈生成的对话框文件 planet-template.e和plan-et.h分别重新命名为planetdialog.c和planetdialog.h，复制到工程文件所在的文件夹，并加人工程中.所有齿轮参数的程序编译完以后，再加上人口函数，检验部件函数，对话框回调函数和取消函数等，就完成r主体函数的编译.在行星齿轮参数化设计”对话框中更改参数数值，单击应用”按钮，行星齿轮模型就 自动完成更新。

利朋开发的齿轮参数化造型系统，输入齿轮的模数、齿数、压力角等耀本参数，自动生成某轿车差速器行星齿轮模型。

2 差速器齿轮的有限元分析M1睛奠数)zl c亍星齿孛它齿 ) 0 0000Z2(半轴齿轮齿熬) 0 0000Ai(压力角 ) 0 0000W1(棍锥角 ) 0 0000Qt(持锥角 ) 0 0000El(菌锥角 ) 0 0000F1(齿面宽 ) 0 0000R1(节锥距 ) 0 0000I(1(球面半径系数 (2 52-2 90)) 0 0000Tl(转矩 ) 0 0000131(孔直径) 0 0000B1(齿删间隙 ) 0 01300Y1(切向变位系数 ) 0 0000I确定 l I应用 I取消 I图l 行星齿轮参数化设计”对话框对于汽车差速器锥齿轮副来说，在大多数情况下，汽车左右轮是等速或接近等速的，锥齿轮的相对转速很小，行星齿轮经常只是起个等臂推力杆的作用，弯曲强度应为主要考虑因素.因此差速器行星齿轮主要进行弯曲强度的计算 。

由于直齿锥齿轮疲劳破坏中出现几率最高的是齿面接触疲劳强度问题，如何提高车用齿轮的传动性能与使用寿命，近年来-直深受社会各界的广泛关注.本文运用 ANSYS/LS-DYNA软件，对差速器的直齿锥齿轮副的j对轮齿进行动力学接触仿真分析，得到了良好的接触形态。

2.1 差速器齿轮有限元模型的建立基于 CAD/CAE-体化技术，有限元软件选用 ANSYS 11.0，该软件和 UG软件可无缝连接，在 UG的主菜单中添加了ANSYS 11.0菜单项 J。

在 UG中生成齿轮三维模型后，直接点击 ANSYS 11.0菜单项，进入 ANSYS 11.0界面，然后选择单元类型、单元尺寸、材料属性等建立差速器行星齿轮、半轴齿轮的有限元模型。