变速箱齿轮冲击性能分析方法的研究

    巩招兵

    摘 要：经济和科技的飞速发展让我国所有产业都发生了一定的影响，尤其体现在人们生活水平的提升，对车辆的需求量加大。而对于汽车自身来说，车辆的变速箱是非常容易出现问题的，高负荷的工作状态下，齿轮自身所承受的压力增加，非常容易造成齿轮失效。

    关键词：变速箱; 齿轮冲击性能; 分析方法

    中图分类号：U463.212? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? 文章编号：1006-3315（2019）04-196-001

    汽车变速箱中的齿轮自身称重能力都是根据严格分析之后得出的，通常计算方法是通过简化的方式，将齿轮简化为“悬梁臂”计算“悬梁臂”周身承压来计算齿轮的承压能力。但这种计算方式存在非常大的复杂性和误差性，往往在经过一系列复杂的计算公式之后所取得的结果依旧是错误的。而如今最多使用的研究齿轮冲击性的方法有两种，一种是通过使用物理样机的方式进行实验模拟研究，根据齿轮自身所发生的状态改变来分析。这种方式虽然能够直观的看到实验结果，了解齿轮所受冲击力，却无法明确各个环节对齿轮所产生的影响，尤其是一旦程序在设定之后无法对其进行修改与优化，费时费力;其次是通过虚拟样机的方式进行实验模拟，这种方式通常是在系统中录入经典物理学公式，如力学、动力学、有限元等公式，然后在不同阶段对齿轮所承受压力进行实验模拟，最终实现有效分析齿轮承受冲击力的效果。这种方式成本较低，并且在实验的过程中对各个环节容易把控，已经成为当前阶段中对齿轮冲击性能分析的主流方式。

    1.实验流程

    国外很多的科研机构都对虚拟样机有过充分的研究，并且取得了不错的效果。但现阶段国外对于样机的研究尚未实现将经典物理学加入到样机之中。而针对这一问题可以通过使用PRO/E联合建模软件，动力学软件ADAMS，和有限元软件ANSYS来整个环节进行分析和研究。

    1.1 ADAMS与ANSYS之间转化

    ANSYS在使用的过程中需要使用到固定格式的文件加以进行，通常是以*.lod结尾的载荷文件。而ADAMS在使用的过程中会输出ANSYS系统所使用的文件，以此来实现源源不断的向ANSYA系统传输有效信息，为实验结果的准确性提供保障。

    1.2 ADAMS系统输出边界

    要对齿轮的载荷力进行分析时，首先应分析的应该是载荷谱，通过分析载荷谱确定零件自身的已损情况。而这一环节进行测算的过程并不复杂，通过计算机模拟可实现，通过ADAMS技术进行动力学分析也可得出。

    1.3 ANSYS应力应变分析

    在向系统输入相应数据进行分析时，应通过对网格格式划分和约束的方式进行。可利用ADAMS中得到的边界模型进行实施，通过得出的结果可清晰的分辨出设备自身承受应变应力分布状况，进而通过分析各个部位的应变应力大小来具体分辨可能存在问题的部位，并结合齿轮弯曲的状况对验证结果加以验证。

    2.变速箱齿轮力学性能分析选择

    通常汽车在发动时会使用二档进行发动，尤其是部分汽车动力较小、雪地路滑等情况下，多会使用二档起步。但二档起步的方式对于齿轮的齿根部位所产生的扭力非常大，加之部分小齿轮的强度非常低，很容易在较大的扭力作用下发生断裂。因此在对齿轮力学进行分析时，应选择二档进行检测。

    3.啮合齿轮动力学分析

    在对啮合齿轮进行分析的过程，应首先建立动力学仿真模型。这一模型的建立可通过PRO/E来实现，在进行分析时也应借鉴ADAMS专用接口来和Mech/Pro进行结合。为更好的把握每个过程对齿轮自身的影响，可适当调整输入项和输出项加以调整，实现对各个参照物之间的有效转换，具体实施情况如下：

    3.1输入/出轴与齿轮的控制

    输入/出轴与齿轮之间是通过过盈配合的方式进行的，在齿轮自身转动的过程中两者之间不存在转动的情况，因此可通过使用固定搭配的方式进行。

    3.2箱体和地面之间的控制

    箱体和地面之间存在一定的空隙，在实施控制时应适当添加各级轴承用来维持两者之间的固定距离。

    3.3实体与实体之间的控制

    为更好的检测齿轮之间的摩擦力，可通过使用增加实体的方式更直观的表现彼此之间的碰撞力。此外，为不影响齿轮自身的作用，应适当从中添加润滑剂的方式来减小实体之间的摩擦力。

    4.啮合齿轮有限元分析

    首先可通过使用PRO/E软件将实验中的各个环节导入到ANSYS的Workbench中，软件自身携带的功能会自动向其中添加各项实验数据，最后在软件细分网格中加以调整，各项试验数据调整之后便可进行实验。

    正确的齿轮受力效果图应表现为齿轮受应力分布应与梁分布有直接关系，通常情况下中间所受应力应较小，而齿轮的周边也就是轮廓部位所受应力应较大。

    5.结语

    综上所述，文章立足当前环节中变速箱齿轮在运转的过程中所面临的问题，构建了一种更加直观的分析变速箱在运行中所产生变化的系统。文章基于现有的物理样机进行分析，可以说借助了前辈在对于物理样机研究过程的成果，并加以改进。得到的结果能够更加接近现实情况，方便了现阶段对于齿轮冲击力的研究。当然，文章研究的内容也并不是技术的终点，应以此为基础，努力发展新的技术和手段，提升对于变速箱齿轮冲击性能分析能力。

    参考文献：

    [1]陈东月.基于改进的CEEMD及IMF价值评价的高速列车齿轮箱故障诊断研究[D]西南交通大学，2018

    [2]黄鹏飞，李骏，肖亚运.基于ADAMS的起动机啮合齿轮的动力学仿真分析[J]机电信息，2016（15）：126-128

    [3]吕中亮.基于变分模态分解与优化多核支持向量机的旋转机械早期故障诊断方法研究[D]重庆大学，2016

    [4]周嵬，張邦成.变速箱齿轮冲击性能分析方法的研究[J]长春工程学院学报（自然科学版），2011，12（01）：69-72