齿轮传动啮合接触冲击解析

李艳秋　张颖

摘 要：齿轮传动在工业生产中广泛的应用，关于齿轮啮合的动态特性研究，受到了各界的广泛关注。对于齿轮传动而言，为了能够进一步的提高性能，必须在传统系统的振动、噪声两个方面进行努力。啮合接触的冲击，是这两个方面的重要体现。相对而言，齿轮传动过程中，啮合冲击是不可避免的，关键在于如何将啮合冲击降到最低。今后，需针对齿轮传动本身开展深入的研究，并针对啮合冲击进行全面的讨论，寻找多元化的方法，将啮合冲击进一步降低，提高齿轮传动的效果，减少损伤，提高工作效率。

关键词：齿轮；传动；冲击；啮合

中图分类号：TH132 文献标识码：A

对于齿轮传动而言，无论是大型齿轮还是小型齿轮，其传动啮合的过程中，接触冲击的情况是必然的。有些齿轮在传动过程中，会通过加入润滑剂的方式，减少冲击的问题，但该方法并不能从本质上减少对齿轮所造成的损坏。齿轮啮合接触冲击过程中，涉及到的影响因素较多，应通过多方面的分析和具体工作的结合，找出导致冲击的具体原因，并针对冲击的类型开展独立的讨论。在此，本文主要对齿轮传动啮合接触冲击展开讨论。

一、齿轮传动啮合接触冲击研究现状

在工业生产中，齿轮传动是应用比较多的方法，并且在齿轮啮合的动态特性方面，一直都在深入的研究和分析。从客观的角度来分析，齿轮传动啮合接触冲击的过程中，需要充分的减少齿轮传动系统中的振动问题，减少噪声问题，提高齿轮的使用性能。在目前的研究当中，多数的研究人员注意到了两个方面的内容：第一，齿轮变形和加工过程中，其误差造成了啮入啮出的冲击情况；第二，齿轮的侧间隙当中，会产生冲击的情况。但是，除了上述的两个方面外，齿轮传动啮合接触的过程中，也会产生接触冲击的问题。例如，当两个齿轮相互接触的过程中，如果主动齿轮的转速表现为增加，接触推动从动齿轮的过程中，在接触动力学的角度来分析，是一个接触冲击的过程。该冲击过程表现为：齿轮会因为瞬态法，向着相对基础速度不同，引起了冲击的情况，针对这种啮合时的接触冲击，当下的研究并不多。所以，未来的齿轮传动啮合接触冲击，还需要进一步的深入分析。

二、齿轮传动啮合接触冲击

在现代的加工生产中，齿轮所发挥的作用是非常重要的。随着动力学的研究不断深入，齿轮的互相配合与动力提升，也获得了较大的进步。在齿轮传动啮合接触冲击的研究过程中，主要是利用LS--DYNA求解计算，最终获得了比较准确的冲击前后转速与冲击合力的具体关系情况。主动轮在冲击的压缩过程中，其转速表现为不断减小的状态，但在冲击合力方面却表現为增大的状态。恢复过程方面，主动轮的反向速度方面，表现为持续增大的状态，一直到冲击前的初始速度，冲击合力表现为不断的减小，最终表现为0。从这一个过程来看，齿轮传动啮合接触冲击出现时，接触冲击的过程是比较复杂的，整体上的影响因素也比较多。

（一）冲击转速对冲击合力的影响

齿轮传动过程中，冲击速度对冲击合力势必会造成较大的影响，但具体造成的影响程度则应该深入的分析，齿轮啮合接触冲击的出现，直接影响了加工的速度和效果，对齿轮本身所造成的影响也是比较大的。经过深入的分析，发现冲击转速表现为持续增大的时候，冲击合力也表现为不断的增大，二者是正相关的关系。但是，在以往的研究中，所有的被动轮，都会施加固定的约束条件，促使冲击合力在出现时，相对于未能施加约束于被动轮时的情形大很多。在今后的研究中，齿轮启动的时候，可将从动轮看作是约束的模型，齿面间的具体冲击效应，会带来比较大的冲击合力。在这种约束模型的作用下，往往会出现过载的情况，最终导致被动轮卡死的情况出现，这也是加工中常见的问题。

（二）冲击时间与冲击速度和冲击位置的关系

对于齿轮传动啮合接触冲击而言，冲击时间会依据接触判断的准则，进行比较具体的计算。同时，接触压应力持续的时间，与冲击时间相等。在实际的处理当中，需考虑到实际的加工情况。一般会预先设置一大于零的压应力。在大于这个压应力阈值时，则判断为出现了接触冲击的情况。在本次的研究当中，主要是将阈值设定为1MPa。在一种不同的冲转速状态下，其对冲击时间的影响是比较突出的。得出的最后结论为：冲击转速不断增大的时候，冲击时间则表现为减小的状态。而在另一种不同的冲击位置，对冲击时间的影响也是比较突出的。当冲击时间在节圆附近达到最小值的时候，会向着两边不断的增大。

三、关于齿轮传动啮合接触冲击的讨论

对于齿轮而言，传动过程是一个提供动力的过程，但由于齿轮本身所具有的特点突出，因此出现了接触冲击的情况，且冲击合力与很多的因素都存在密切的关系，包括时间、位置等等。在未来的研究中，齿轮传动啮合接触冲击势必会成为齿轮动力的研究重点内容，在很多方面都将表现出较深的研究空间。齿轮传动是目前加工的主要动力来源，对很多的机械设备都具有较大的影响。今后一方面要针对齿轮传动啮合接触冲击进行深入的分析，另一方面还要对如何减少接触冲击，如何加强齿轮的保护，如何确保持久的动力供应等方面进行深入的研究，为加工、生产提供更多的帮助。

结语

本文对齿轮传动啮合接触冲击展开讨论，就现阶段的研究来看，齿轮传动啮合接触冲击虽然获得了高度的重视，并且在很多研究结论上得到确定，但对实际工作的作用并不明显。理论上获得的研究成果，应积极的应用到实际的工作当中，需要从客观上与主观上，改变齿轮动力的情况，为加工、生产提供更多的动力，进一步减少齿轮的啮合接触冲击情况，延长齿轮的使用寿命，将卡死等系列问题，有效的解决。

参考文献

[1]邱星辉，韩勤锴，褚福磊.风力机行星齿轮传动系统动力学研究综述[J].机械工程学报，2014（11）：23-36.

[2]徐长航，吕涛，陈国明，尹树孟.自升式平台齿轮齿条升降机构错齿优化动力学分析[J].机械工程学报，2014（19）：66-72.

[3]张发民.基于ANSYS/LS-DYNA的齿轮传动冲击特性仿真分析[J].机械传动，2011（09）：9-11.

[4]姚启萍，唐进元.弧齿准双曲面齿轮啮合接触冲击有限元仿真分析[J].铁道科学与工程学报，2011（04）：111-115.