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Nonlinear dynamic and finite element analysis of gear teeth meshing.

机译：齿轮啮合的非线性动力和有限元分析。

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摘要

This research work describes the theoretical formulation and development of a two-dimensional nonlinear finite element computer program for dynamic analysis of two mating involute spur gear teeth. The program is able to handle geometry nonlinearity, structural interactive and sliding interface problems with both linear and nonlinear material properties. Gear meshing issues are solved using special local coordinate systems in the finite element formulation to eliminate the geometrically nonlinear part of motion in the gear system. A sliding interface is incorporated into FE formulation to handle the variations of constraint equations and friction between the mating gear teeth. The governing equations are solved using an explicit time integration method with a direct nodal-force computational scheme for the internal nodal forces. In the program, the dynamic response factors of gear teeth, such as stresses, strains, displacements in global coordinate system can be calculated and output at any moment as requested. Energy balance checks are used to check the fidelity of computations and to detect or arrest any incipient instabilities. The kinetic energy and internal energies of any group elements can be output which can be used to assess the distribution of damage and energy absorption in simulation. A conservative stability limitation is imposed on the time step. A subprogram is also developed to generate the finite element data for any arbitrary pair of involute gears, and its output is designed to be a part of the input file of the main FE code. Several cases are investigated in this work, and the analysis results are checked against the ones from: (1) the conventional technique in design of gears, (2) the existing FE package in SDRC Master Series and (3) the experiment of NASA Lewis Research Center, respectively.
机译：这项研究工作描述了二维非线性有限元计算机程序的理论表述和开发，该程序可对两个相配合的渐开线正齿轮进行动态分析。该程序能够处理具有线性和非线性材料属性的几何非线性，结构交互和滑动界面问题。通过在有限元公式中使用特殊的局部坐标系来解决齿轮啮合问题，以消除齿轮系统中运动的几何非线性部分。滑动界面已纳入有限元公式中，以处理约束方程式的变化以及配对齿轮齿之间的摩擦。使用显式时间积分方法和内部节点力的直接节点力计算方案来求解控制方程。在该程序中，可以根据需要在任何时刻计算并输出齿轮的动态响应因子，例如应力，应变，整体坐标系中的位移。能量平衡检查用于检查计算的保真度，并检测或阻止任何初期的不稳定性。可以输出任何族元素的动能和内能，这些动能和内能可用于评估模拟中的损伤分布和能量吸收。对时间步长施加保守的稳定性限制。还开发了一个子程序，以生成任意任意渐开线齿轮对的有限元数据，其输出被设计为主要FE代码的输入文件的一部分。本文研究了几种情况，并从以下方面检查了分析结果：（1）齿轮设计的常规技术；（2）SDRC Master系列中现有的有限元软件包；（3）NASA Lewis的实验研究中心分别。

著录项

  • 作者

    Xu, Xinmin.;

  • 作者单位

    University of Illinois at Chicago.;

  • 授予单位 University of Illinois at Chicago.;
  • 学科 Engineering Mechanical.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 1998
  • 页码 177 p.
  • 总页数 177
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 机械、仪表工业;
  • 关键词

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