Analysis of Bevel Gears Using ANSYS Software Package

Abstract

Аналитические расчеты конических передач сложнее, чем цилиндрических. Для расчета усилий в зацеплении коническую передачу заменяют эквивалентной цилин-дрической. Сложная геометрия зацепления, применение большого количества по-правочных коэффициентов, а также зависимость от монтажа колес приводят к большому разбросу результатов. Использование в качестве критерия правильности зацепления пятна контакта повысило качество расчетов. Следующим шагом в направлении повышения точностных характеристик зацепления явилось создание компьютерных моделей конических передач и совершенствование на их основе принципов расчета. Представляет интерес применение программного комплекса ANSYS для расчета действующих напряжений в контактах колес. В связи с этим рас-смотрено напряженно-деформированное состояние (НДС) зацепления для трех ти-пов колес: с прямыми, тангенциальными и круговыми зубьями. Для каждой пары колес шестерня рассматривалась в цементованном варианте, а колесо -без цемен-тации. Цементация вносит остаточные напряжения, оказывающие существенное влияние на НДС и принцип силового расчета. Рассчитаны главные и касательные напряжения в контактах и дана оценка статуса контактов. По результатам расчета НДС предложен метод проверочного расчета контактной и изгибной прочности ко-нических передач.Ключевые слова: конические передачи, напряженно-деформированное состояние, цементация, остаточные напряжения, статус контакта, ANSYS.Analytical calculations of bevel gears are more complex than those of cylindrical ones. To calculate the forces in an engaged gear, a bevel gear is replaced by an equivalent cylindrical one. The complex geometry of the engagement, multiple correction factors, and dependence on the actual gear installation lead to significantly varying results. The use of the bearing pattern as a measure of the engagement correctness improved the quality of the calculations. The next step in improving the accuracy characteristics of the engagement was the use of computer models of bevel gears, based on which the principles of calculations were developed further. The application of ANSYS software package is of interest for calculating effective stresses in gear contact areas. This paper deals with the stress-strain state (SSS) of engaged gears of three types: with spur, tangential and circular teeth. For each gearwheel pair, the gear is considered as a carburized one, while the wheel is considered without cementation. Cementation introduces residual stresses that have a significant impact on the stress-strain state and the power calculation principle. The principal and shear stresses in