人字齿同步带与人字齿同步带轮啮合问题的解决方法--弹性有限元法
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类型 人字齿同步带 人字齿同步带轮
规格 O-1568
材质 橡胶 碳纤维
颜色 黑色
品牌 马牌
产品参数
类型
人字齿同步带 人字齿同步带轮
规格
O-1568
材质
橡胶 碳纤维
颜色
黑色
品牌
马牌
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产品详情

   人字齿同步带齿与轮齿啮合时处于一种复杂的接触状态,接触边界随加载和变形而改变,属于刚体-柔体接触,是一种高度非线性行为,深入理解这种接触状态的特性,从而建立合理的模型是很重要的。人字齿同步带齿与轮齿啮入啮出过程中,带齿与带轮齿的形状和材料特性是一直变化的。

求解接触问题存在两个较大的难点:在求解问题之前,接触区域不明了,表面之间的接触状态属于三种接触状态的哪一种不明了,人字齿同步带齿材料是柔性材料,接触面是一个小平面、接触面积从大到小,再从小到大变化,同时也受到加载方式和边界条件及其它因素影响,在带齿与轮齿的接触面将会出现塑性变形和塑性卸载的情况。这种由接触边界状态的非线性引起的接触非线性问题,主要表现在两个方面:

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1)接触表面发生变化,即自由表面的一部分可能转变为接触表面,或者接触表面被放松,从而接触表面转变为自由表面。

2)接触面上产生的变形、相互摩擦和位移相互滑移表现出强烈的非线性性质。而且,大多的接触问题需要考虑接触物体间的摩擦,摩擦这种非线性行为使问题变得更加难以收敛[54]在人字齿同步带与带轮的接触分析中,由于人字齿同步带克服了爬齿现象,人字齿同步带齿工作面与轮齿工作面之间处于紧密接触状态,无相对滑动。且弹性齿顶与带轮齿槽的接触面积非常小,因此也可忽略这一部分的摩擦。3)几何非线性新型人字齿同步带在与带轮啮合的过程中,带齿是复合材料组成的弹性体,人字齿同步带轮是刚体,带齿啮合受力发生大变形。随着位移的增长,带齿上节点的移动可以以多种方式改变结构的刚度,其位移变形关系已经超出了线性理论的范畴,而且初始状态不足以描述变形过程,平衡状态的位置是未知的。刚度与位移之间关系不再是常量,需要进行非线性多步迭代来获得一个有效的解。

人字齿同步带轮.jpg

   此外,人字齿同步带在初拉力作用下,特别是带轮直径较小时,带背受到周期性的弯曲应力作用,产生弯曲变形,也属于大变形。通过命令 NLGEOM,ON 打开大应变选项,激活软件的大应变效应,这一效应可以使单元的形状和方向改变,而且可以使表面载荷随单元转动。大应变分析中单元的形态和取向改变都会导致刚度的改变,在下一步分析中采用新的刚度。人字齿同步带与带齿接触受力包含了以上三类的非线性,是三类问题相互耦合的非线性问题,表现的更为复杂。使用数值解法解复杂非线性问题只能得到近似的解,数值解法遇到以下情况时无法实现求解:

1)不能保证解是唯一的;

2)解的收敛性不能保证;

3)求解过程和结果比处理线性问题更为复杂。

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   使用弹性有限元法进行接触分析,是解决人字齿同步带齿与人字齿同步带轮齿复杂啮合问题的最有效,最可靠的方法之一。本文利用 ANSYS 软件的接触分析模块解决这一难题,软件的分析流程