abaqus齒輪成形
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus齒輪成形的視頻教程
Abaqus齒輪-行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬-不含行星架
講解了基于Abaqus的不含行星架時(shí)的行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及仿真方法。
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Abaqus齒輪-行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬-含行星架
講解了基于Abaqus的含行星架時(shí)的行星齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法。具體包括：固定外齒圈，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星輪及行星架轉(zhuǎn)動(dòng)；固定行星架，太陽(yáng)輪帶動(dòng)行星輪及外齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)。
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ABAQUS漸近成形
ABAQUS漸近成形的實(shí)現(xiàn)方式： MATLAB定義函數(shù)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入 VDISP子程序定義函數(shù)曲線
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abaqus齒輪成形的實(shí)例教程
DEFORM作為業(yè)界公認(rèn)應(yīng)用最廣泛的金屬體積成形、切削加工以及熱處理表面處理的CAE仿真軟件，其可以為齒輪成形加工的過(guò)程提供CAE支持，提高齒輪的加工精度，下文將從齒輪的各種加工類(lèi)型和熱處理進(jìn)行分類(lèi)說(shuō)明。
齒輪成形類(lèi)型[1-2]
現(xiàn)代齒輪成形方法基本上分為2種，分別是切削成形和塑性成形。
齒輪切削成形
齒輪切削成形又分為仿形法和范成法。
仿形法
仿形法是指利用外形與齒輪齒槽相同或相近的成形刀具加工齒輪齒形的方法，包括銑齒、拉齒、磨齒等。
范成法
范成法是指利用齒輪刀具和齒坯之間保持強(qiáng)制的嚙合運(yùn)動(dòng)關(guān)系而成形齒輪齒形的方法，包括滾齒、插齒、剃齒等。
圖-1 齒輪切削成形
齒輪塑性成形
齒輪塑性成形因采用少、無(wú)切削的凈成形和近凈成形，可節(jié)省材料、節(jié)約工時(shí)。最主要的是這種成形方法沒(méi)有切斷金屬流線，采用壓實(shí)和壓密金屬晶粒即可提高齒輪的強(qiáng)度（可以提高20~30%），增加齒輪的壽命。
展開(kāi) 此前，我公司齒輪產(chǎn)品上的油槽均為齒輪鍛造完成后機(jī)加工銑出油槽，這樣既增加了銑油槽成本，又影響交付進(jìn)度。但鍛造油槽，油槽深度很難保證，且沖孔時(shí)容易導(dǎo)致油槽變形，本文針對(duì)鍛造油槽的重難點(diǎn)介紹了變速箱齒輪油槽的鍛造成形工藝，以及鍛造油槽中存在的問(wèn)題和解決方法。
變速箱齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要變速箱油進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，尤其是齒輪和軸承的接觸面，當(dāng)潤(rùn)滑不足時(shí)，會(huì)造成軸承端面燒蝕而過(guò)早失效。為保證齒輪在工作時(shí)獲得足夠的潤(rùn)滑，設(shè)計(jì)時(shí)，在齒輪端面上設(shè)計(jì)油槽，起到通油的作用。
齒輪油槽的結(jié)構(gòu)
變速箱型號(hào)不同，擋位不同，對(duì)應(yīng)的油槽結(jié)構(gòu)也不同。根據(jù)油槽形狀的不同，變速箱上齒輪油槽結(jié)構(gòu)可分為以下5種形式（圖1）：⑴單槽油槽；⑵雙槽油槽；⑶螺旋油槽；⑷十字油槽；⑸交叉油槽。根據(jù)齒輪兩端面是否都有油槽，亦可分為兩種結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蚊嬗筒酆碗p面油槽。
圖1 齒輪油槽的結(jié)構(gòu)
成形方式
三種成形方式
齒輪上油槽的成形方式有如下三種：
⑴齒輪鍛造完成后冷壓或熱壓出油槽，此方式須配有獨(dú)立的油壓機(jī)或增加壓油槽工序，且需要專門(mén)的壓油槽模具；
⑵齒輪鍛造完成后機(jī)加工銑出油槽，此方式增加了機(jī)加工和運(yùn)轉(zhuǎn)成本，影響交付進(jìn)度；
⑶油槽鍛造成形，此方式直接利用齒輪鍛造模具，在完成齒輪坯鍛造成形的同時(shí)，一次性完成油槽鍛造。從成本和交付進(jìn)度方面考慮，油槽直接鍛造成形更經(jīng)濟(jì)。
油槽鍛造成形分析
油槽鍛造成形，存在如下問(wèn)題：
⑴產(chǎn)品上的油槽深度大多只有1～2mm，且深度尺寸公差小，但鍛件厚度公差較大，可能導(dǎo)致機(jī)加工后無(wú)法滿足油槽深度尺寸要求。
⑵若油槽在下模，在沖孔工序，因沖孔擠壓，會(huì)將料擠壓到油槽處，油槽靠近內(nèi)孔處會(huì)凸起，導(dǎo)致油槽變形嚴(yán)重。
下面，將針對(duì)單面油槽、雙面油槽分別就上述兩個(gè)問(wèn)題的解決方法進(jìn)行闡述。
展開(kāi) 齒輪是各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的零件之一，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于高速重載的場(chǎng)合，尤其是汽車(chē)行業(yè)。齒輪形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高，傳統(tǒng)的加工方法是通過(guò)機(jī)械加工的方式得到需要的齒輪，為改進(jìn)齒輪切削加工的缺點(diǎn)，用鍛造工藝快速生產(chǎn)高質(zhì)量的齒輪已成全球趨勢(shì)。
目前，提高齒輪的成形質(zhì)量主要通過(guò)改善鍛造模具的結(jié)構(gòu)、鍛造工藝、齒輪結(jié)構(gòu)等有關(guān)變量，實(shí)現(xiàn)鍛件使用壽命和性能的提高。齒輪的成形難點(diǎn)是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業(yè)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，一次鍛造工藝已經(jīng)滿足不了齒輪鍛件對(duì)齒形的鍛造要求，所以出現(xiàn)了“一火兩鍛”工藝，預(yù)鍛工步能改善金屬在終鍛時(shí)的充填性，避免終鍛時(shí)鍛件出現(xiàn)折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產(chǎn)生的折疊缺陷出發(fā)，通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的原因在于預(yù)鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。根據(jù)模擬分析結(jié)果，在預(yù)鍛件齒頂處增大過(guò)渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質(zhì)量，保證使用要求。
三聯(lián)齒輪鍛造數(shù)值模擬
模擬方案
與傳統(tǒng)鍛造流程相比，采用三維設(shè)計(jì)軟件和有限元分析軟件結(jié)合的方式能夠大大提高成形質(zhì)量和工作效率。應(yīng)用三維CAD 繪圖軟件在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達(dá)設(shè)計(jì)思想，而且能很方便地將創(chuàng)建的三維實(shí)體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車(chē)使用的三聯(lián)齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯(lián)齒輪成形質(zhì)量和模具壽命，且模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過(guò)有限元軟件模擬鍛件成形過(guò)程，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質(zhì)量，根據(jù)分析結(jié)果采取增大預(yù)鍛件過(guò)渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯(lián)齒輪結(jié)構(gòu)
數(shù)值模擬結(jié)果與分析
零件在鍛造時(shí)，終鍛件（圖2）紅色標(biāo)記處出現(xiàn)折疊缺陷。
展開(kāi) 隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)齒輪齒形的精密成形的關(guān)注與期待越來(lái)越高，尤其是在世界制造業(yè)戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變期間，人們認(rèn)識(shí)到只有精密成形齒輪才能更好滿足傳動(dòng)系統(tǒng)重量輕、強(qiáng)度高、低成本制造的要求，勢(shì)將逐步取代切削齒輪，這是完全符合環(huán)保要求的“綠色”制造。當(dāng)前迫于原材料價(jià)格上漲和產(chǎn)品不斷降價(jià)的雙重壓力，零部件加工企業(yè)必須進(jìn)一步控制成本，提高材料利用率，不斷開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品和采用新的生產(chǎn)技術(shù)。
結(jié)合多年來(lái)利用冷溫?zé)峋?em>成形工藝開(kāi)發(fā)各種精密成形件（即精鍛件）的經(jīng)驗(yàn)，我公司成功實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)變速器倒擋齒輪的“綠色”鍛造，采用溫鍛預(yù)制坯冷精密成形工藝成功生產(chǎn)變速器倒擋齒輪，輪齒精度達(dá)到了GB/T 10095.1-2008 7級(jí)精度。
倒擋齒輪是汽車(chē)后退嚙合傳動(dòng)的關(guān)鍵零件
汽車(chē)變速器倒擋齒輪是汽車(chē)后退時(shí)嚙合傳動(dòng)的關(guān)鍵零件，在齒輪的每一個(gè)輪齒上設(shè)有倒棱，即在輪齒表面帶有30｀左右的倒錐。倒錐雖小，其作用非常重要，一方面確保汽車(chē)行駛穩(wěn)定，防止變速器中齒輪滑擋，同時(shí)保證在倒擋時(shí)能夠順暢的掛入擋位。一般來(lái)說(shuō)，轎車(chē)變速器上最為薄弱的零件也是倒擋齒輪。為了提高倒擋齒輪強(qiáng)度而隨意改變模數(shù)是不可能的，這是因?yàn)檗I車(chē)的外形尺寸固定，某一組嚙合齒輪的中心距也應(yīng)該是固定的，不能隨意變動(dòng)。如果要保證中心距不發(fā)生變化，又會(huì)影響到齒輪傳動(dòng)比。而通過(guò)采用精密成形倒擋齒輪，提高了齒輪的傳動(dòng)精度，保證了整車(chē)的質(zhì)量，就能使該問(wèn)題很容易得到解決。
與切削齒輪的輪齒相比，精密成形倒擋齒輪的輪齒金屬纖維流線連續(xù)，彎曲疲勞強(qiáng)度提高20%～30%，壽命大大提高。轎車(chē)行駛時(shí)，在齒輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，它不僅避免了切削齒輪輪齒齒根容易斷裂造成的事故和所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失，也為主機(jī)生產(chǎn)廠大大節(jié)約了生產(chǎn)成本和市場(chǎng)成本。
展開(kāi) 齒輪是各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的零件之一，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于高速重載的場(chǎng)合，尤其是汽車(chē)行業(yè)。齒輪形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高，傳統(tǒng)的加工方法是通過(guò)機(jī)械加工的方式得到需要的齒輪，為改進(jìn)齒輪切削加工的缺點(diǎn)，用鍛造工藝快速生產(chǎn)高質(zhì)量的齒輪已成全球趨勢(shì)。
目前，提高齒輪的成形質(zhì)量主要通過(guò)改善鍛造模具的結(jié)構(gòu)、鍛造工藝、齒輪結(jié)構(gòu)等有關(guān)變量，實(shí)現(xiàn)鍛件使用壽命和性能的提高。齒輪的成形難點(diǎn)是齒形型腔不能完整充滿，隨著工業(yè)和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，一次鍛造工藝已經(jīng)滿足不了齒輪鍛件對(duì)齒形的鍛造要求，所以出現(xiàn)了“一火兩鍛”工藝，預(yù)鍛工步能改善金屬在終鍛時(shí)的充填性，避免終鍛時(shí)鍛件出現(xiàn)折疊、裂紋等缺陷，且有利于提高模具壽命。
本文從終鍛件產(chǎn)生的折疊缺陷出發(fā)，通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生缺陷的原因在于預(yù)鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。根據(jù)模擬分析結(jié)果，在預(yù)鍛件齒頂處增大過(guò)渡斜角，且以大R角連接，可提高鍛件的成形質(zhì)量，保證使用要求。
三聯(lián)齒輪鍛造數(shù)值模擬
模擬方案
與傳統(tǒng)鍛造流程相比，采用三維設(shè)計(jì)軟件和有限元分析軟件結(jié)合的方式能夠大大提高成形質(zhì)量和工作效率。應(yīng)用三維CAD 繪圖軟件在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不僅能用三維圖形象直觀逼真地表達(dá)設(shè)計(jì)思想，而且能很方便地將創(chuàng)建的三維實(shí)體模型用作分析模型。圖1所示零件為重卡汽車(chē)使用的三聯(lián)齒輪，該零件一般采用熱鍛成形，本研究中考慮其鍛件尺寸較大，一次成形變形抗力太大，很難保證三聯(lián)齒輪成形質(zhì)量和模具壽命，且模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化難度大、成本高，故改用“一火兩鍛”工藝成形。通過(guò)有限元軟件模擬鍛件成形過(guò)程，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生成形缺陷的原因，為了保證鍛件的成形質(zhì)量，根據(jù)分析結(jié)果采取增大預(yù)鍛件過(guò)渡斜角，并以大R 角連接的方案。
圖1 三聯(lián)齒輪結(jié)構(gòu)
數(shù)值模擬結(jié)果與分析
零件在鍛造時(shí)，終鍛件（圖2）紅色標(biāo)記處出現(xiàn)折疊缺陷。
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1、背景
在成形工藝上，很多生產(chǎn)廠習(xí)慣于一次成形完畢，好處是成形時(shí)間短、生產(chǎn)速度快，免去了二次成型的麻煩，但不足之處是操作人員過(guò)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不易控制。隨著加工技術(shù)的不斷發(fā)展，成型件的尺寸不斷加大，一次成型的弊端日漸引起重視。為了保證質(zhì)量，有的單位采用了國(guó)外常用的多次成型法，即成型件的最終形狀分為若干個(gè)成型步來(lái)完成，每次成型其中的一部分。很多實(shí)際鈑金件的成型加工過(guò)程都是經(jīng)過(guò)若干次成型來(lái)完成的
進(jìn)行傳動(dòng)鏈條的有限元分析時(shí)，可以利用Abaqus中的非獨(dú)立實(shí)體（mesh on part）對(duì)重復(fù)出現(xiàn)的Part進(jìn)行裝配，從而節(jié)省網(wǎng)格劃分的時(shí)間。
傳動(dòng)鏈條Abaqus仿真
非獨(dú)立實(shí)體引用Part層級(jí)的網(wǎng)格
齒輪是最常用的零部件之一，起到了傳遞扭矩的作用。為了研究齒輪固有頻率和振型的影響因素，改善齒輪的動(dòng)態(tài)特性，齒輪通過(guò)與其它齒狀機(jī)械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和改變運(yùn)動(dòng)形式等功能。
本文運(yùn)用SolidWorks 三維建模軟件建立齒輪建模，并運(yùn)用ABAQUS和振動(dòng)分析理論對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析，用Lanczos算法提取固有頻率，得到齒輪的模態(tài)和振型，為優(yōu)化齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持
