齿轮传动啮合接触冲击研究

摘 要：目前，我国工业在生产过程中普遍会应用齿轮传动，并且各界已经将关注重点放在了齿轮啮合的动态研究上。从齿轮转动的角度上来看，要想提高齿轮本身的性能，就应改善齿轮传动系统的噪音与振动情况。在齿轮传动的过程中并不能有效避免啮合冲击的情况，其重点是如何将冲击效应予以减少。为此，本文主要围绕齿轮传动啮合接触冲击展开研究，首先对齿轮传动时出现啮合接触冲击的现状进行简单阐述，之后对冲击速度、冲击位置以及冲击时间三者之间存在的关系，齿轮齿面的应力点分布规律以及冲击合力受到冲击转速的影响进行较为详细的分析，希望可以降低啮合冲击，增强齿轮的传动效果，进而提高我国工业生产的工作效率。

关键词：齿轮;传动啮合;接触冲击

站在齿轮传动的方面分析，不管是小型的齿轮还是大型的齿轮，在传动啮合的过程普遍会有接触冲击的情况发生。目前，多数齿轮都会在传动过程中添加适量的润滑剂降低冲击效应，但是结果却事与愿违，这主要是因为接触冲击损害了齿轮。在齿轮传动过程中啮合接触冲击时，往往会涉及到多方面不同的因素，必须要对造成冲击的原因与冲击类型进行全面分析，以此来降低冲击速度。因此，啮合轮齿在实际工作的过程中因为主动轮对接触点的速度有着一定的区别，出现啮合接触冲击的情况，同时重点分析冲击速度、沖击位置以及冲击时间三者之间联系，以及齿轮齿面中有关最大应力点的分布规律进行探究，有着极为重要的现实意义。

一、齿轮传动啮合接触冲击的研究现状

我国工业生产过程中最为常见的一项动力传导方式就是齿轮传动，从客观的角度分析，齿轮传动啮合接触冲击中只有降低传动系统的振动与噪音问题，才能促使齿轮性能得到明显提升。现阶段，大多数研究人员重点关注两个问题：第一，对齿轮进行加工生产时，如果因为误差的出现将会造成啮入或啮出冲击情况的发生;第二，齿轮的外侧间隙也会在一定程度上出现冲击情况。除了以上两种问题外，齿轮传动如果啮合接触也会出现冲击现象，所以应该深入研究齿轮传动过程中有关啮合接触冲击的工作。

二、齿轮传动啮合接触冲击的详细分析

在现代工业的生产过程中，齿轮的作用不可小觑，同时随着我国关于动力学研究的持续深入，每一个齿轮之间动力水平与配合度得到显著增强。齿轮传动时对啮合接触冲击研究中，通常是利用LS-DYNA对其予以计算处理，进而确保冲击速度与冲击合力之间关系的精准性。一旦主动轮在冲击压缩的背景下，其转速通常会呈现出下降的现象，但是会不断扩大啮合的冲击合力。在主动轮恢复的过程中，其反向速度会呈现出较为明显的扩大趋向，一直扩大到齿轮在冲击前表现的冲击合力与初始速度皆是归零的状态下。由此可见，齿轮传动在发生啮合接触冲击的过程时，其冲击过程具有较强的反复性，并且齿轮也会面临更多的问题。

（一）冲击时间、冲击位置、冲击速度的关联

对齿轮传动过程中啮合接触冲击的情况来看，其冲击时间会围绕接触标准进行精确化的计算，基础压应力本身的冲击时间需要与存在时间相同，对齿轮进行处理时应该考量实际的加工情况。一般情况下，会将压应力的阈值设置成1MPa，一旦超过所设定的阈值，就可以将其视为接触冲击的情况。除此之外，由于冲击转速具有一定的差异性，其冲击时间也会产生明显的改变：如果齿轮的冲击转速在同一时间不断的扩大，将会出现冲击时间缩短的现象;同时冲击位置的不同也会使冲击时间发生变化，如果冲击时间在齿轮节圆周围时表现出的数值最小，那么冲击速度就会逐渐向两端不断扩大[1]。

（二）齿面最大接触应力点的分布规律

依照齿面接触应力点的分布规律来看，倘若某一单元中接触的应力到达最高值时，其最大接触的应力点将会是该单元所在齿面几何范围内随机出现的一个应力点，此时相关研究人员完成冲击过程的处理后，可以得到近似于齿面最大的应力点分布规律。对问题加以研究时，部分工作人员会将圆柱直齿轮的接触问题转化为简单的二维问题，对研究结果分析圆柱直齿轮冲击的三维模型与二维模型两者求解结果中其规律较为相符[2]。

（三）冲击合力受到冲击转速的影响

齿轮转动过程中，其冲击合力极有可能会威胁到冲击速度，但具体的影响程度应进行详细分析，倘若在齿轮传动过程中出现啮合接触冲击，将会在一定程度上降低工业生产的整体质量与效率，还会影响到齿轮本身。通过对时间详细的分析后得出以下结论：冲击转速在持续扩大的条件下，冲击合力也会呈现上升趋势，两者之间存在着正相关性。但是在以往研究过程中被动轮通常会受到诸多条件所束缚，使得出现冲击合力后，要高于未被束缚的被动轮。因此，在正式启动齿轮时，约束模型可以是动轮，齿轮齿面之间的实际冲击结果会发生强大的冲击合力，导致过载现象的出现，这也是工业生产过程中较为常见的情况[3]。

三、齿轮传动啮合接触冲击的研究趋向

齿轮的传动过程主要是提供强大动力支持阶段，在传动过程中会发生接触冲击的情况，再加上冲击合力与诸多因素之间的相关性较为紧密，特别是冲击时间、冲击位置。在未来的一段时间内，对于齿轮传动时的啮合接触冲击相关项目将会成为未来研究的关键内容，并在不同方面中有着较强的研究深度。与此同时，由于齿轮转动能够为我国工业加工生产提供一定动力，将会影响着诸多的机械设备。因此在日后的研究过程中，应该将研究重点放在如何保护好齿轮，以及如何保证动力能够持久性供应等。

四、结束语

综上所述，通过对齿轮传动时出现的啮合接触冲击予以较为详细的研究，并对研究成果分析，虽然明确了齿轮在传动过程中啮合接触冲击的研究结果，但是在具体的工作过程中尚未得到良好的应用效果。所以，应该对齿轮传动过程中啮合接触冲击相关研究理论的具体应用予以加强，进而能够为我国工业生产提供强有力的动力支持，减少齿轮啮合接触冲击现象的发生概率，以便于延长齿轮的应用寿命。

参考文献：

[1]李艳秋，张颖.齿轮传动啮合接触冲击解析[J].中国新技术新产品，2016（04）：71.

[2]唐进元，周炜，陈思雨.齿轮传动啮合接触冲击分析[J].机械工程学报，2011，47（07）：22-30.

[3]谢海东，周照耀，夏伟，邱诚，张文.斜齿轮传动中啮合冲击数值研究[J].机械传动，2005（03）：6-9+1.

作者简介：任丽（1986.10-），女，汉，黑龙江省绥化市人，毕业于合肥工业大学机械与汽车工程学院机械工程专业，学历本科/硕士，工作单位：安徽文达信息工程学院讲师，研究方向：机械工程.

[基金项目]

2017年安徽省高校一般项目：基于压缩空气能清洁光伏面板提升太阳能转化效率的研究（XZR2017B02）