一、計算任務書                                                           

計算對象：主、從動齒輪嚙合。

齒輪材料：合金鋼

計算目的：計算不同嚙合側隙情況下，齒輪的嚙合力。計算工況見表1。

計算工況： 主動齒輪轉速XXrpm；主動齒輪輸入扭矩XXN·m；功率XXkw。

                                                          表1 計算工況表

工況	1	2	3	4	5	6
裝配中心距	555	555.382	555.886	556.194	556.468	556.924
側隙	0	0.262	0.607	0.819	1.006	1.319
公法線	316.4855	316.4745	316.3115	316.1	315.912	315.6

二、數值計算模型

案例使用通用非線性有限元計算軟件LS-DYNA完成計算，使用HYPERMESH和LS-PREPOST軟件完成前后處理。LS-DYNA軟件在處理顯式問題方面處于國際領先地位，被廣泛運用到爆炸、沖擊、碰撞、成型、地震等行業，關于軟件的介紹不再贅述。

根據計算任務書并查閱相關文獻，本次計算的目的是考慮齒輪側隙對嚙合力的影響，綜合考慮顯式有限元計算齒輪嚙合的效率和目前的軟硬件情況，可將齒輪結構的輪齒部分和其應力影響區的結構作為重點考察對象，忽略剛度較大的腹板和齒軸部分，用于有限元計算的幾何模型見圖1。

為了保證計算精度，提高計算效率，采用純六面體體單元對幾何模型進行離散，并對輪齒部分進行了加密，離散后的顯式單元總數82452個，節點共107167個，網格模型見圖2。使用LS-DYNA中的通用面-面接觸定義主從齒輪間的嚙合關系，所有可能出現的齒面非線性接觸都參與計算，接觸定義示意見圖3。使用LS-DYNA中的MAT1定義齒輪材料，定義卡片見圖4。

由于有限元計算理論中，彈塑性的體單元不具備旋轉自由度，案例使用LS-DYNA中的RIGID材料組引入旋轉自由度，對模型完成加載和負載，加載示意圖見圖5。

計算模型的單位制為t、mm、s、N、MPa等。控制計算嚙合時間3s，小齒輪轉過7圈。控制計算時間步長為2.7e-7，使用內存12GB、8核心計算，單工況耗費的CPU時間約38小時。通過曲線和縮放系數對小齒輪施加轉速xxxrpm，為從動齒輪施加扭矩xxxN·m。為了使計算順利進行，在加載曲線的起始部分做一段線性的斜坡，以免出現數值不穩定，加載曲線見圖6，負載曲線見圖7。

   

                                                                             圖1 幾何模型

                                                                             圖2 網格模型

                                                                圖3 輪齒接觸（紅色代表主面）

                                                                              圖4 材料設置

                                                                             圖5 加載示意圖

                                                                               圖6 加載曲線

                                                                          

                                                                                圖7 負載曲線

三、結果與分析

以下為付費內容，付費后可提供模型hm、k文件以及計算結果文件。