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基于邊界積分法的齒輪強度分析

發布于:2016-06-02 18:10
強度分析

      隨著高強度齒輪機構的應用和越來越高的使用要求,圓弧齒輪(亦稱WNCWildhaber-Novikov)齒輪)強度分析設計已是理論研究和工程應用中函待解決的課題,特別是圓弧齒輪的彎曲強度不足是該機構失效的主要原因。據文獻所述,因彎曲強度不夠引起輪齒折斷導致工程事故,會造成巨大的經濟損失。近年來,國內外許多專家學者探討用有限元、邊界元方法通過進行齒輪強度設計,取得了許多成果。對于二維強度分析邊界積分方程法是最為快捷的,文獻報導了有關邊界積分方程法用于漸開線齒輪強度分析的方法,其中有映射函數法、Cauchy積分法、vekua密度函數法。但這些方法在建立方程式時由于含有集中載荷項,必須處理奇異點問題,因而導致理論公式繁瑣。
     本研究所使用的邊界積分方程法是基于彈性理論Cauchy型積分,以應力函數作為解析對象,采用間接式的邊界積分方程法。與上述各種理論方法比較,本方法有理論公式推導簡捷,數值解析詳盡,程序設計方便,使用快捷等優點,可直接用于圓弧齒輪彎曲強度分析及特性研究。
     為證明本方法的實用有效性和計算精度,表給出本方法與文獻方法的實例計算結果比較。所采用的模型是與上述條件相同的漸開線齒輪。表中分別表示漸開線齒輪和圓弧齒輪。由表可見本方法與文獻的(邊界元法)方法結果平均值僅相差3.000。與文獻的傳統彈性理論法結果相比,雖然結果平均值相差1000,但由于本方法同邊界元法一樣計算模型較精確,所以計算會比傳統彈性理論法更接近實際。
     本方法是圓弧齒輪,因與漸開線齒輪的齒形特性不同,所以計算結果有不盡相同,比漸開線齒輪小。由此驗證了圓弧齒輪比漸開線齒輪的強度特性好的事實。
     從計算時間和效率上分析,本方法(曲線分割)戈日分的單元、節點數遠遠少于邊界元法(平面分割),所以本方法具有計算時間短和效率高的優點。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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