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WN是空間點(diǎn)多接觸嚙合傳動(dòng)，比漸開線齒輪具有更好的承載能力。WN齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)涉及接觸變形、摩擦潤(rùn)滑、系統(tǒng)誤差及負(fù)載特性等，是多因素復(fù)合產(chǎn)生的損傷失效問題，所以應(yīng)從WN齒輪的嚙合特征、負(fù)載變化、系統(tǒng)誤差等的相互影響進(jìn)行綜合分析研究。為此，本研究在文獻(xiàn)齒輪嚙合仿真接觸分析的基礎(chǔ)上，參考文獻(xiàn)的原理和方法，依據(jù)齒輪的接觸載荷變化，考慮系統(tǒng)誤差及WN齒輪嚙合特點(diǎn)，運(yùn)用空間幾何分析理論，建立該齒輪傳動(dòng)的接觸有限元分析模型。WN齒輪與漸開線齒輪不同，嚙合運(yùn)動(dòng)副的接觸點(diǎn)不是沿齒高方向移動(dòng)而是沿齒寬方向的螺旋線移動(dòng)，WN齒輪通常是雙圓弧輪齒，但其齒形構(gòu)成有所不同，中國(guó)采用的是雙階式，日本和歐美采用的是無階式雙圓弧，有關(guān)上、下兩圓弧的銜接方式，基于對(duì)傳動(dòng)和接觸的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了深入的研究，其成果都在工程中得到應(yīng)用。圖是中國(guó)式WN齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)齒面接觸的三維有限元分析模型，本研究以齒輪傳動(dòng)主動(dòng)輪齒-接觸副-從動(dòng)輪齒為研究對(duì)象，取凸凹圓弧齒面為三維幾何接觸模型，針對(duì)嚙合中各種因素的復(fù)合影響，進(jìn)行WN齒輪負(fù)載嚙合實(shí)況和接觸強(qiáng)度分析。
WN齒輪與漸開線齒輪相比，雖有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，但是傳動(dòng)性能和接觸應(yīng)力會(huì)因系統(tǒng)彈性變形、中心距微小變化等引起顯著的變化，WN齒輪與漸開線齒輪不同的是有多個(gè)接觸點(diǎn)受力，嚙合傳動(dòng)過程中其接觸點(diǎn)沿齒寬方向移動(dòng)，受力方向基本不變，但其接觸點(diǎn)在齒高方向的位置將隨中心距增減而上下移動(dòng)，接觸點(diǎn)在齒高方向移動(dòng)的時(shí)候，受力方向發(fā)生變化對(duì)接觸壓力產(chǎn)生較大影響。圖所示的是WN齒輪齒面接觸區(qū)域的示意圖。雖然理論上圓弧齒輪是點(diǎn)接觸，但一般情況下齒輪的嚙合接觸區(qū)域是矩形或橢圓形的，這是接觸彈性變形和跑合后凸凹曲面曲率變化所致。
另外設(shè)計(jì)時(shí)考慮了制造誤差、安裝誤差等因素的影響，為了避免輪齒比較尖銳的區(qū)域接觸，輪齒凹曲面的曲率半徑相比嚙合的輪齒凸曲面的曲率半徑要大一些。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)或跑合后輪齒曲面的曲率半徑將會(huì)大小不同變化至使接觸區(qū)域變成近似矩形。而漸開線齒輪的接觸區(qū)域是狹長(zhǎng)的矩形，即使運(yùn)行跑合輪廓上的接觸區(qū)域幾乎沒有改變，所以圓弧齒輪的接觸面積要比漸開線齒輪大很多。WN齒輪的嚙合齒輪副分別是2個(gè)凸凹圓弧螺旋曲面，根據(jù)兩接觸曲面的空間關(guān)系，研究把圓弧齒輪嚙合的凸凹齒面近似地看作是一個(gè)橄欖球形體和一個(gè)馬鞍形體的曲面接觸，如圖所示，與漸開線斜齒輪接觸曲面的2個(gè)圓錐體不同，作為赫茲接觸分析模型，用這2個(gè)3維曲面來代替兩齒嚙合齒面，由于WN齒輪嚙合過程中齒輪副接觸點(diǎn)數(shù)和同時(shí)參與嚙合的齒輪對(duì)的變化，接觸載荷也在急劇改變，對(duì)接觸應(yīng)力的計(jì)算帶來直接影響，所以本研究首先參考文獻(xiàn)的動(dòng)載分析，對(duì)齒面接觸載荷進(jìn)行分析，圖是WN齒輪嚙合循環(huán)過程中載荷波動(dòng)比值和輪齒嚙合對(duì)數(shù)倍率變化曲線，由于系統(tǒng)誤差和剛度的影響，實(shí)際的載荷的位置有所偏移，但總的趨勢(shì)變化是相同的。研究得知，由于接觸齒輪副和點(diǎn)數(shù)不同，1對(duì)齒嚙合的載荷約為3對(duì)齒嚙合的4.8倍。
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