齒輪傳動嚙合接觸沖擊解析

李艷秋　張穎

摘 要：齒輪傳動在工業生產中廣泛的應用，關于齒輪嚙合的動態特性研究，受到了各界的廣泛關注。對于齒輪傳動而言，為了能夠進一步的提高性能，必須在傳統系統的振動、噪聲兩個方面進行努力。嚙合接觸的沖擊，是這兩個方面的重要體現。相對而言，齒輪傳動過程中，嚙合沖擊是不可避免的，關鍵在于如何將嚙合沖擊降到最低。今后，需針對齒輪傳動本身開展深入的研究，并針對嚙合沖擊進行全面的討論，尋找多元化的方法，將嚙合沖擊進一步降低，提高齒輪傳動的效果，減少損傷，提高工作效率。

關鍵詞：齒輪；傳動；沖擊；嚙合

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A

對于齒輪傳動而言，無論是大型齒輪還是小型齒輪，其傳動嚙合的過程中，接觸沖擊的情況是必然的。有些齒輪在傳動過程中，會通過加入潤滑劑的方式，減少沖擊的問題，但該方法并不能從本質上減少對齒輪所造成的損壞。齒輪嚙合接觸沖擊過程中，涉及到的影響因素較多，應通過多方面的分析和具體工作的結合，找出導致沖擊的具體原因，并針對沖擊的類型開展獨立的討論。在此，本文主要對齒輪傳動嚙合接觸沖擊展開討論。

一、齒輪傳動嚙合接觸沖擊研究現狀

在工業生產中，齒輪傳動是應用比較多的方法，并且在齒輪嚙合的動態特性方面，一直都在深入的研究和分析。從客觀的角度來分析，齒輪傳動嚙合接觸沖擊的過程中，需要充分的減少齒輪傳動系統中的振動問題，減少噪聲問題，提高齒輪的使用性能。在目前的研究當中，多數的研究人員注意到了兩個方面的內容：第一，齒輪變形和加工過程中，其誤差造成了嚙入嚙出的沖擊情況；第二，齒輪的側間隙當中，會產生沖擊的情況。但是，除了上述的兩個方面外，齒輪傳動嚙合接觸的過程中，也會產生接觸沖擊的問題。例如，當兩個齒輪相互接觸的過程中，如果主動齒輪的轉速表現為增加，接觸推動從動齒輪的過程中，在接觸動力學的角度來分析，是一個接觸沖擊的過程。該沖擊過程表現為：齒輪會因為瞬態法，向著相對基礎速度不同，引起了沖擊的情況，針對這種嚙合時的接觸沖擊，當下的研究并不多。所以，未來的齒輪傳動嚙合接觸沖擊，還需要進一步的深入分析。

二、齒輪傳動嚙合接觸沖擊

在現代的加工生產中，齒輪所發揮的作用是非常重要的。隨著動力學的研究不斷深入，齒輪的互相配合與動力提升，也獲得了較大的進步。在齒輪傳動嚙合接觸沖擊的研究過程中，主要是利用LS--DYNA求解計算，最終獲得了比較準確的沖擊前后轉速與沖擊合力的具體關系情況。主動輪在沖擊的壓縮過程中，其轉速表現為不斷減小的狀態，但在沖擊合力方面卻表現為增大的狀態。恢復過程方面，主動輪的反向速度方面，表現為持續增大的狀態，一直到沖擊前的初始速度，沖擊合力表現為不斷的減小，最終表現為0。從這一個過程來看，齒輪傳動嚙合接觸沖擊出現時，接觸沖擊的過程是比較復雜的，整體上的影響因素也比較多。

（一）沖擊轉速對沖擊合力的影響

齒輪傳動過程中，沖擊速度對沖擊合力勢必會造成較大的影響，但具體造成的影響程度則應該深入的分析，齒輪嚙合接觸沖擊的出現，直接影響了加工的速度和效果，對齒輪本身所造成的影響也是比較大的。經過深入的分析，發現沖擊轉速表現為持續增大的時候，沖擊合力也表現為不斷的增大，二者是正相關的關系。但是，在以往的研究中，所有的被動輪，都會施加固定的約束條件，促使沖擊合力在出現時，相對于未能施加約束于被動輪時的情形大很多。在今后的研究中，齒輪啟動的時候，可將從動輪看作是約束的模型，齒面間的具體沖擊效應，會帶來比較大的沖擊合力。在這種約束模型的作用下，往往會出現過載的情況，最終導致被動輪卡死的情況出現，這也是加工中常見的問題。

（二）沖擊時間與沖擊速度和沖擊位置的關系

對于齒輪傳動嚙合接觸沖擊而言，沖擊時間會依據接觸判斷的準則，進行比較具體的計算。同時，接觸壓應力持續的時間，與沖擊時間相等。在實際的處理當中，需考慮到實際的加工情況。一般會預先設置一大于零的壓應力。在大于這個壓應力閾值時，則判斷為出現了接觸沖擊的情況。在本次的研究當中，主要是將閾值設定為1MPa。在一種不同的沖轉速狀態下，其對沖擊時間的影響是比較突出的。得出的最后結論為：沖擊轉速不斷增大的時候，沖擊時間則表現為減小的狀態。而在另一種不同的沖擊位置，對沖擊時間的影響也是比較突出的。當沖擊時間在節圓附近達到最小值的時候，會向著兩邊不斷的增大。

三、關于齒輪傳動嚙合接觸沖擊的討論

對于齒輪而言，傳動過程是一個提供動力的過程，但由于齒輪本身所具有的特點突出，因此出現了接觸沖擊的情況，且沖擊合力與很多的因素都存在密切的關系，包括時間、位置等等。在未來的研究中，齒輪傳動嚙合接觸沖擊勢必會成為齒輪動力的研究重點內容，在很多方面都將表現出較深的研究空間。齒輪傳動是目前加工的主要動力來源，對很多的機械設備都具有較大的影響。今后一方面要針對齒輪傳動嚙合接觸沖擊進行深入的分析，另一方面還要對如何減少接觸沖擊，如何加強齒輪的保護，如何確保持久的動力供應等方面進行深入的研究，為加工、生產提供更多的幫助。

結語

本文對齒輪傳動嚙合接觸沖擊展開討論，就現階段的研究來看，齒輪傳動嚙合接觸沖擊雖然獲得了高度的重視，并且在很多研究結論上得到確定，但對實際工作的作用并不明顯。理論上獲得的研究成果，應積極的應用到實際的工作當中，需要從客觀上與主觀上，改變齒輪動力的情況，為加工、生產提供更多的動力，進一步減少齒輪的嚙合接觸沖擊情況，延長齒輪的使用壽命，將卡死等系列問題，有效的解決。

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