新型人字行星齿轮传动齿面设计及接触特性分析

摘要

渐开线齿轮传动在传递大扭矩和大功率时，常面临齿面接触应力分布不均导致齿面点蚀磨损、齿轮抗弯性能不足的问题。为解决这一问题，提出了一种新型人字行星齿轮传动，啮合形式为凹齿廓(中心轮)-凸齿廓(行星轮)-凹齿廓(内齿圈)点接触。基于空间几何关系推导各构件凸、凹齿齿廓方程，利用螺旋运动法完成各构件共轭齿面数学描述，建立成型齿面几何方程。基于MATLAB与UG软件，通过曲面缝合、拉伸、合并和布尔运算等操作，构建了凹齿抛物线中心轮、凸齿圆弧行星轮和凹齿抛物线内齿圈，并完成新型人字行星齿轮传动、渐开线齿轮传动和渐开线-圆弧齿轮传动3种形式的模型装配。采用自适应网格技术划分网格，通过灵敏度分析确定了网格密度与计算精度的关系。在输入功率为360 kW、太阳轮转速为2 000 r/min的工况下，根据有限元分析对比相同工况下3种传动构型的啮合接触特性。结果表明：与渐开线齿轮传动相比，新型人字行星齿轮传动的静态等效应力降低了24.5%,齿面应力分布更加均匀，且抗弯性能提升了4.63%,显著优于标准渐开线齿轮传动形式。

关键词

人字行星齿轮 / 点接触 / 齿面设计 / 三维建模 / 接触分析