设计参数对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮啮合刚度的影响分析

奉泰宇; 赵斐; 刘昌浩; 罗岚; 陈忠敏

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.016

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设计参数对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮啮合刚度的影响分析

·设计·计算· | 更新时间：2026-04-15

- 设计参数对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮啮合刚度的影响分析
- ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF DESIGN PARAMETERS ON MESHING STIFFNESS OF THE CYLINDRICAL GEAR WITH VH-CATT
- 机械强度 2026年48卷第4期页码：139-147
- 作者机构：
  
  1.西南科技大学制造科学与工程学院，绵阳 621000
  2.兰州理工大学机电工程学院，兰州 730050
  3.四川建安工业有限责任公司研发中心，成都 625100
- 作者简介：
  
  奉泰宇，男，2001年生，湖南宁远人，硕士研究生；主要研究方向为齿轮传动；E-mail：1278587412@qq.com。
- 基金信息：
  
  四川省自然科学基金青年科学基金项目(2023NSFSC0855);四川省博士后特别项目(TB2022028);中央引导地方科技发展项目(2023ZYDF088)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.016
  中图分类号： TH132.4
- 收稿：2024-06-06，
  
  修回：2024-07-17，
  
  纸质出版：2026-04-15
- 稿件说明：
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奉泰宇，赵斐，刘昌浩，等. 设计参数对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮啮合刚度的影响分析［J］. 机械强度，2026，48（4）：139-147.

FENG Taiyu，ZHAO Fei，LIU Changhao，et al. Analysis of the influence of design parameters on meshing stiffness of the cylindrical gear with VH-CATT［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：139-147.
奉泰宇，赵斐，刘昌浩，等. 设计参数对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮啮合刚度的影响分析［J］. 机械强度，2026，48（4）：139-147. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.016.

FENG Taiyu，ZHAO Fei，LIU Changhao，et al. Analysis of the influence of design parameters on meshing stiffness of the cylindrical gear with VH-CATT［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（4）：139-147. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.04.016.

摘要

目的

针对变双曲圆弧齿线（Variable Hyperbolic Circular-Arc-Tooth-Trace

VH-CATT）圆柱齿轮啮合刚度的设计参数影响规律尚不明确的问题，揭示齿宽、模数、压力角、刀盘半径对其啮合刚度的影响规律，为该类齿轮参数优化设计与传动性能提升提供参考。

方法

首先，基于啮合刚度计算，建立齿轮力学模型，结合齿面离散节点法构建VH-CATT圆柱齿轮有限元模型，为刚度量化分析提供支撑；其次，采用Abaqus软件开展静态啮合仿真，计算齿面节点法向接触力与综合弹性变形，求解单齿及多齿啮合刚度；然后，采用控制变量法，分别改变4项核心设计参数，探究单一参数对啮合刚度的影响规律；最后，通过标准直齿轮刚度计算验证有限元模型的精度，保障研究结果的可靠性。

结果

结果表明，齿宽增至45 mm后啮合刚度趋于平稳，压力角超23°时刚度稳定在固定范围；模数增大使啮合刚度逐渐减小至稳定，刀盘半径增大则啮合刚度持续提升；压力角为15°时，齿轮重合度达2.34，存在3齿啮合区，啮合刚度显著高于其他工况，各参数影响规律可为齿轮参数选取提供量化依据。

Abstract

Objective

Aiming at the problem that the influence law of design parameters on meshing stiffness of variable hyperbolic circular-arc-tooth-trace (VH-CATT) cylindrical gears is not clear

the action characteristics of tooth width

module

pressure angle and cutter radius on meshing stiffness are revealed

so as to provide reference for parameter optimization design and transmission performance improvement of this type of gears.

Methods

Firstly

a gear mechanical model was established based on the meshing stiffness calculation model

and a finite element model of VH-CATT cylindrical gear was constructed combined with the tooth surface discrete node method to provide support for quantitative stiffness analysis; Secondly

static meshing simulation was carried out by Abaqus software， the normal contact force and comprehensive elastic deformation of tooth surface nodes were calculated

and the single-tooth and multi-tooth meshing stiffness were solved； Thirdly

the control variable method was adopted to change the four core design parameters respectively， and the influence law of a single parameter on meshing stiffness was explored; Finally

the accuracy of the finite element model was verified by stiffness calculation of standard spur gears to ensure the reliability of the research results.

Results

The meshing stiffness tends to be stable when the tooth width increases to 45 mm

and stabilizes in a fixed range when the pressure angle exceeds 23°; the meshing stiffness decreases gradually to stable with the increase of modulus

while increases continuously with the increase of cutter radius; when the pressure angle is 15°

the gear contact ratio reaches 2.34 with a three-tooth meshing zone

and the meshing stiffness is significantly higher than that of other angle conditions. The influence law of each parameter provides a quantitative basis for gear parameter selection.

关键词

Keywords

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