面齿轮副啮合接触特性的解析计算方法研究
卢承志
陈书涵
刘杰
肖泽亮
长沙理工大学 机械与运载工程学院,长沙 410114
摘要：[目的]面齿轮副的承载传动误差和最大接触应力是评估其弯曲与抗胶合承载能力的核心性能指标.针对传统有限元分析法迭代繁琐、计算耗时长导致方案优化不便的问题,探究一种高效率、高精度的面齿轮副啮合接触特性解析计算新方法.[方法]首先,基于轮齿接触分析输出的接触点轨迹及方向向量,引入了切片法与变截面悬臂梁理论,构建了面齿轮与小齿轮的整体弯曲变形解析柔度矩阵;其次,结合共轭梯度-快速傅里叶变换技术快速求解了齿面的局部弹性接触变形与应力场分布;再次,引入了多齿啮合区域转换判据与解集不等式约束,通过迭代逼近更新接触点的法向变动间隙,实现了多工况下面齿轮副承载传动误差与最大接触应力的全周期快速反演;最后,以一对拓扑修形面齿轮副为算例,将其与精细化五齿局部三维有限元模型的仿真结果进行了多载荷对比验证.[结果]对比研究表明,所提解析计算方法与有限元分析法得到的承载传动误差和最大接触应力曲线具有完全一致的啮合周期与单调演变特征.在100、160、800 N·m的外加转矩工况下,承载传动误差的最大相对偏差仅为8.29%,最大接触应力的最大相对偏差为10.3%,两者均小于或逼近10%的工程容许边界,验证了所提解析方法的可行性.同时,所提方法计算效率显著提升,可为高承载面齿轮传动系统的快速主动设计提供核心依据.
关键词：面齿轮接触应力承载传动误差解析计算
分类号：TH132.4(机械零件及传动装置)
资助基金：国家自然科学基金(52305051)长沙理工大学科研助推计划(2019QJCZ028)
论文发表日期：2026-07-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：8( 118-125 )
英文信息