齒輪傳動嚙合接觸沖擊研究

摘 要：目前，我國工業在生產過程中普遍會應用齒輪傳動，并且各界已經將關注重點放在了齒輪嚙合的動態研究上。從齒輪轉動的角度上來看，要想提高齒輪本身的性能，就應改善齒輪傳動系統的噪音與振動情況。在齒輪傳動的過程中并不能有效避免嚙合沖擊的情況，其重點是如何將沖擊效應予以減少。為此，本文主要圍繞齒輪傳動嚙合接觸沖擊展開研究，首先對齒輪傳動時出現嚙合接觸沖擊的現狀進行簡單闡述，之后對沖擊速度、沖擊位置以及沖擊時間三者之間存在的關系，齒輪齒面的應力點分布規律以及沖擊合力受到沖擊轉速的影響進行較為詳細的分析，希望可以降低嚙合沖擊，增強齒輪的傳動效果，進而提高我國工業生產的工作效率。

關鍵詞：齒輪;傳動嚙合;接觸沖擊

站在齒輪傳動的方面分析，不管是小型的齒輪還是大型的齒輪，在傳動嚙合的過程普遍會有接觸沖擊的情況發生。目前，多數齒輪都會在傳動過程中添加適量的潤滑劑降低沖擊效應，但是結果卻事與愿違，這主要是因為接觸沖擊損害了齒輪。在齒輪傳動過程中嚙合接觸沖擊時，往往會涉及到多方面不同的因素，必須要對造成沖擊的原因與沖擊類型進行全面分析，以此來降低沖擊速度。因此，嚙合輪齒在實際工作的過程中因為主動輪對接觸點的速度有著一定的區別，出現嚙合接觸沖擊的情況，同時重點分析沖擊速度、沖擊位置以及沖擊時間三者之間聯系，以及齒輪齒面中有關最大應力點的分布規律進行探究，有著極為重要的現實意義。

一、齒輪傳動嚙合接觸沖擊的研究現狀

我國工業生產過程中最為常見的一項動力傳導方式就是齒輪傳動，從客觀的角度分析，齒輪傳動嚙合接觸沖擊中只有降低傳動系統的振動與噪音問題，才能促使齒輪性能得到明顯提升?，F階段，大多數研究人員重點關注兩個問題：第一，對齒輪進行加工生產時，如果因為誤差的出現將會造成嚙入或嚙出沖擊情況的發生;第二，齒輪的外側間隙也會在一定程度上出現沖擊情況。除了以上兩種問題外，齒輪傳動如果嚙合接觸也會出現沖擊現象，所以應該深入研究齒輪傳動過程中有關嚙合接觸沖擊的工作。

二、齒輪傳動嚙合接觸沖擊的詳細分析

在現代工業的生產過程中，齒輪的作用不可小覷，同時隨著我國關于動力學研究的持續深入，每一個齒輪之間動力水平與配合度得到顯著增強。齒輪傳動時對嚙合接觸沖擊研究中，通常是利用LS-DYNA對其予以計算處理，進而確保沖擊速度與沖擊合力之間關系的精準性。一旦主動輪在沖擊壓縮的背景下，其轉速通常會呈現出下降的現象，但是會不斷擴大嚙合的沖擊合力。在主動輪恢復的過程中，其反向速度會呈現出較為明顯的擴大趨向，一直擴大到齒輪在沖擊前表現的沖擊合力與初始速度皆是歸零的狀態下。由此可見，齒輪傳動在發生嚙合接觸沖擊的過程時，其沖擊過程具有較強的反復性，并且齒輪也會面臨更多的問題。

（一）沖擊時間、沖擊位置、沖擊速度的關聯

對齒輪傳動過程中嚙合接觸沖擊的情況來看，其沖擊時間會圍繞接觸標準進行精確化的計算，基礎壓應力本身的沖擊時間需要與存在時間相同，對齒輪進行處理時應該考量實際的加工情況。一般情況下，會將壓應力的閾值設置成1MPa，一旦超過所設定的閾值，就可以將其視為接觸沖擊的情況。除此之外，由于沖擊轉速具有一定的差異性，其沖擊時間也會產生明顯的改變：如果齒輪的沖擊轉速在同一時間不斷的擴大，將會出現沖擊時間縮短的現象;同時沖擊位置的不同也會使沖擊時間發生變化，如果沖擊時間在齒輪節圓周圍時表現出的數值最小，那么沖擊速度就會逐漸向兩端不斷擴大[1]。

（二）齒面最大接觸應力點的分布規律

依照齒面接觸應力點的分布規律來看，倘若某一單元中接觸的應力到達最高值時，其最大接觸的應力點將會是該單元所在齒面幾何范圍內隨機出現的一個應力點，此時相關研究人員完成沖擊過程的處理后，可以得到近似于齒面最大的應力點分布規律。對問題加以研究時，部分工作人員會將圓柱直齒輪的接觸問題轉化為簡單的二維問題，對研究結果分析圓柱直齒輪沖擊的三維模型與二維模型兩者求解結果中其規律較為相符[2]。

（三）沖擊合力受到沖擊轉速的影響

齒輪轉動過程中，其沖擊合力極有可能會威脅到沖擊速度，但具體的影響程度應進行詳細分析，倘若在齒輪傳動過程中出現嚙合接觸沖擊，將會在一定程度上降低工業生產的整體質量與效率，還會影響到齒輪本身。通過對時間詳細的分析后得出以下結論：沖擊轉速在持續擴大的條件下，沖擊合力也會呈現上升趨勢，兩者之間存在著正相關性。但是在以往研究過程中被動輪通常會受到諸多條件所束縛，使得出現沖擊合力后，要高于未被束縛的被動輪。因此，在正式啟動齒輪時，約束模型可以是動輪，齒輪齒面之間的實際沖擊結果會發生強大的沖擊合力，導致過載現象的出現，這也是工業生產過程中較為常見的情況[3]。

三、齒輪傳動嚙合接觸沖擊的研究趨向

齒輪的傳動過程主要是提供強大動力支持階段，在傳動過程中會發生接觸沖擊的情況，再加上沖擊合力與諸多因素之間的相關性較為緊密，特別是沖擊時間、沖擊位置。在未來的一段時間內，對于齒輪傳動時的嚙合接觸沖擊相關項目將會成為未來研究的關鍵內容，并在不同方面中有著較強的研究深度。與此同時，由于齒輪轉動能夠為我國工業加工生產提供一定動力，將會影響著諸多的機械設備。因此在日后的研究過程中，應該將研究重點放在如何保護好齒輪，以及如何保證動力能夠持久性供應等。

四、結束語

綜上所述，通過對齒輪傳動時出現的嚙合接觸沖擊予以較為詳細的研究，并對研究成果分析，雖然明確了齒輪在傳動過程中嚙合接觸沖擊的研究結果，但是在具體的工作過程中尚未得到良好的應用效果。所以，應該對齒輪傳動過程中嚙合接觸沖擊相關研究理論的具體應用予以加強，進而能夠為我國工業生產提供強有力的動力支持，減少齒輪嚙合接觸沖擊現象的發生概率，以便于延長齒輪的應用壽命。

參考文獻：

[1]李艷秋，張穎.齒輪傳動嚙合接觸沖擊解析[J].中國新技術新產品，2016（04）：71.

[2]唐進元，周煒，陳思雨.齒輪傳動嚙合接觸沖擊分析[J].機械工程學報，2011，47（07）：22-30.

[3]謝海東，周照耀，夏偉，邱誠，張文.斜齒輪傳動中嚙合沖擊數值研究[J].機械傳動，2005（03）：6-9+1.

作者簡介：任麗（1986.10-），女，漢，黑龍江省綏化市人，畢業于合肥工業大學機械與汽車工程學院機械工程專業，學歷本科/碩士，工作單位：安徽文達信息工程學院講師，研究方向：機械工程.

[基金項目]

2017年安徽省高校一般項目：基于壓縮空氣能清潔光伏面板提升太陽能轉化效率的研究（XZR2017B02）