小倾角齿轮箱变厚斜齿轮副啮合性能仿真及疲劳寿命分析

小倾角船用齿轮箱采用变厚斜齿轮传动，其主要特点是各轴向截面齿廓的变位系数沿齿轮轴线依次变化，该齿形特征使变厚斜齿轮可以很好地满足小倾角齿轮箱中相交轴及交错轴间动力传输的要求。本文综合运用空间齿轮啮合原理、疲劳寿命评价理论和动态接触分析方法，开展渐开线和非渐开线变厚齿轮齿面创成方法研究，对比分析不同齿廓变厚斜齿轮副的啮合性能和疲劳寿命。相关研究对合理选择变厚齿轮的参数、提高小倾角齿轮箱的承载能力、延长齿轮箱的使用寿命具有重要理论意义及工程应用价值。本文的主要研究工作如下：①利用产形齿条法面齿廓方程，形成端面齿廓方程，推导基于假想刀具端面齿廓的渐开线变厚斜齿轮模拟加工的坐标变换矩阵，建立渐开线变厚斜齿轮的齿面方程，根据空间锥形齿轮啮合原理，确定渐开线变厚斜齿轮副的装配关系，借助UG软件构建了渐开线变厚斜齿轮副的装配模型。②以渐开线变厚斜齿轮为假想加工刀具，建立渐开线与非渐开线变厚斜齿轮副的啮合方程，求解非渐开线变厚斜齿轮的齿面方程；利用UG软件生成非渐开线变厚斜齿轮的实体模型，依据与渐开线变厚斜齿轮间的装配关系，构建非渐开线变厚斜齿轮副的装配模型。③在ANSYS/LS-DYNA软件中，对上述两类变厚斜齿轮副进行网格离散，生成接触有限元模型；通过动力接触有限元仿真分析，得出两类变厚斜齿轮副的应力云图以及轮齿接触力和齿面最大等效应力的时间历程曲线，并对比分析齿廓形状对变厚斜齿轮副动态啮合性能的影响。④以齿轮副运转过程的动态接触力为疲劳分析的载荷谱，基于GL规范计算齿轮材料的S-N曲线，结合齿轮副的静力分析所得的应力应变结果，利用ANSYS/FE-SAFE软件对两类变厚斜齿轮副进行疲劳寿命分析，得出不同齿廓变厚斜齿轮副的对数疲劳寿命及疲劳安全系数。