广东施泰德测控与自动化设备有限公司 广东 佛山 528300
摘要：在车桥的NVH检测研究中，需要对主减速器等模型利用Ansys进行模态分析，前期建立模型中最困难的就是螺旋齿锥齿轮的建模，目前常用的方法有用UG的齿轮工具或者Ansys的APDL建模，但效果不佳或是效率较低，而利用Kisssoft可以进行参数化建模，这种方法不仅高效而且准确。
关键词：NVH；模态分析；螺旋齿锥齿轮建模；准双曲面锥齿轮
1、导言
Kisssoft由瑞士一家研究公司研发，是一款用于机械传动设计分析的软件，计算操作过程简便，计算结果精确。对于各类零件如齿轮、弹簧、链轮、花键、轴承等很多的零件提供了计算方法，类似于中国的机械设计手册，功能十分齐全。唯一不足的是该软件计算整个系统传动时，操作性、结果不如Romax和Masta详细方便，但这里我们只需用到它的参数化齿轮建模功能。[[[] 吕小波，《KISSsoft实例教程》，2013.09.]]
2、螺旋齿锥齿轮的简介
锥齿轮按齿的形状可以分为直齿锥齿轮，斜齿锥齿轮和螺旋齿锥齿轮。
而螺旋齿锥齿轮又可以分为两种，一种是弧齿锥齿轮，其大轮轴线和小轮轴线相交；一种是准双曲面螺旋锥齿轮，其大轮轴线和小轮轴线有一定偏置距。
如图1所示，①②④属于第一种，③属于第二种。根据曲线的不同，螺旋齿锥齿轮现行有三种，分属于不同的公司。美国格里森公司设计的准双曲面齿轮（包括圆弧齿锥齿轮），瑞士奥利康公司的延伸外摆线齿轮以及德国克林根贝格的准渐开线齿轮。纵观全球，日美车系都装备格里森制齿轮如BUICK、TOYOTA。而欧洲车系如BENZ、BMW及AUDI则采用奥利康齿轮。
螺旋锥齿轮因其重叠系数大、承载能力强、传动比高、传动平稳、噪声小等优点广泛应用于汽车、航空、矿山等机械传动领域。由于我国广泛应用的是格里森齿制的螺旋锥齿轮，所以本文主要讨论准双曲面锥齿轮的设计与建模。[[[] 马雪洁，《基于ANSYS的准双曲面齿轮建模及有限元分析》，2004.07.]]
3、螺旋齿锥齿轮的计算
准双曲面锥齿轮的计算过程十分复杂，一般由计算机叠代计算，这里只提出计算过程中重要的参数。准双曲面锥齿轮一般是成对设计，先确定齿轮副的基本几何，包括节圆的半径和偏置距等等，然后是速比与螺旋角，接着是齿轮的压力角，最后是加工的刀盘半径，所有参数确定后利用计算机进行计算，便可以得到能用于机床加工的数据。[[[] 魏冰洋，《准双曲面齿轮的设计》，2005.11.]]
4、kisssoft的锥齿轮建模
下载安装kisssoft后点击进入界面，左上角是一些对软件基本介绍，而左下角就是所有能分析计算的齿轮类型，可以看到有单个齿轮，齿轮对，涡轮蜗杆，行星轮等等，而我们用到的则是Bevel and Hypoid gears（锥齿轮和准双曲面齿轮），双击该图标可以得到图2界面。
图2中，在Basic
（奥利康制）。需要注意的是每种不同类型的齿轮所需的基本参数都是不同的，所以第一步要先确认好齿轮的类型，在实际建模中，可根据齿轮厂的图纸判断出来。然后我们按照表1数据，依次填好所有参数。以下是对所有参数作一个详细说明：①模数/分度圆直径这两组数据只需按照图纸或已知数据选其中一组进行填写即可，另一组会根据齿数自动计算得到；②点击压力角后面的＋号可以输入驱动面压力角和反面压力角，一般图纸也会有这两个详细数据，但要注意的是这里是以度为单位，有时候可能需要换算；③小轮齿形通过下拉菜单可以选择5种：直齿、左旋斜齿、右旋斜齿、左旋螺旋齿、右旋螺旋齿，本例中选取右旋螺旋齿；④直齿齿形没有螺旋角，其余需要填写对应的螺旋角度；⑤齿数和齿宽可以直接填写，填写完后可以点击高度变位系数后面的回车图标，让软件自动计算防止根切的变位系数；⑥切变位系数可以根据图纸或实际参数，勾选后填写；⑦质量等级可以看图纸说明进行修改或默认为6，这一项不影响建模；⑧轴交角一般为90度；⑨偏置距可根据图纸或实际参数填写；⑩还有一项刀盘数据可以在Manufacturing中的Cutter radius后面填写。至此，所有参数填写完毕，此时点选菜单栏上的求解图标进行计算，很快得到结果，在底下的Results栏中会显示得到的轮齿接触比率和齿顶圆，这个可以和你实际的参数进行核对。计算完成后在上方菜单栏找到Graphics>Geometry 3D>Tooth geometry>System命令，可以得到齿轮对的三维模型，模型如图3所示，可以通过鼠标任意变换平面，通过上方最右侧四个功能按钮，可以预览齿轮啮合情况。通过这种办法生成的模型，轮齿啮合没有干涉，齿面平滑，比其他软件生成的模型要好。点击上方菜单的保持按钮，可以将模型保存为STP格式，即可导入ANSYS中进行模态分析。
5、参考文献
论文作者:唐立奋
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/11
标签：齿轮论文; 双曲面论文; 螺旋论文; 建模论文; 参数论文; 的是论文; 轮轴论文; 《城镇建设》2019年第04期论文;