人字齿轮参数化建模及动静态分析

摘要

齿轮传动是机械传动系统中的重要组成部分，其具有效率高、结构紧凑、工作可靠等优点。与普通齿轮相比，人字齿轮的重合度高，尺寸大，力学特征复杂，研究难度大。随着齿轮高速化、大型化与重载化的发展，对齿轮传动系统的承载能力与传动平稳性提出了更高的要求。因此，深入研究齿轮传动系统，对于优化系统参数、提高其安全性、可靠性等有着重要的理论指导意义。
　　如何合理的建立齿轮系统的精确模型，是研究该系统力学特征的关键所在。本文首先介绍了关于齿轮系统的国内外研究概况;并且对有限元单元法及ANSYS分析方法相关理论做了一定阐述。
　　其次，对齿轮渐开线、过渡曲线以及螺旋线方程从原理上进行了分析推导，得到了同一坐标系下的各曲线方程;根据人字齿轮的成形原理，采用Pro/E软件，建立人字齿轮的精确参数化模型，并对模型进行标准装配。可以方便的对模型进行再生修改等，从而在一定程度上缩短了产品开发周期，节约了产品开发成本，提高了生产效率。
　　最后，将Pro/E模型导入ANSYS，生成有限元模型，划分合适的网格，采用定义轮齿之间的接触对的方法模拟齿轮之间的啮合关系，并进行合适的加载，对齿轮进行了非线性接触分析。在此基础上，分别选取了不同的摩擦因素进行齿面接触应力分析，从而分析齿面摩擦的大小对齿面接触应力有无影响。并对齿轮进行了模态分析，利用Block Lanczos法提取了系统的前10阶固有频率和主振型，模态振型分析结果表明对折振和径向振是齿轮的主要振动形式。基于分析结果，提出了避免共振的方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外的研究现状

1．2．2 国内的研究现状

1．3 研究意义

1．4 研究内容

第2章 有限元法与ANSYS分析方法

2．1 有限单元法基本概念

2．2 有限单元法分析计算的思路和方法

2．3 ANSYS有限元分析步骤

2．4 有限元法的优越性与局限性

2．5 本章小结

第3章 基于Pro／E的人字齿轮精确建模

3．1 Pro／E简介

3．2 齿轮的建模原理

3．2．1 斜齿轮的几何关系

3．2．2 渐开线生成及方程

3．2．3 齿根过渡曲线方程

3．2．4 螺旋线方程

3．3 基于Pro／E的齿轮建模过程

3．3．1 斜齿轮的基本参数

3．3．2 斜齿轮基本关系与参数的设定

3．3．3 人字齿轮模型的建立

3．4 人字齿轮模型的参数化

3．5 本章小结

第4章 轮齿接触分析

4．1 接触分析概述

4．2 建立分析模型及模型前处理

4．2．1 建立模型

4．2．2 设定参数与划分网格

4．3 定义接触

4．3．1 接触类型与方式

4．3．2 ANSYS接触算法

4．3．3 定义目标面和接触面

4．4 定义边界条件并加载求解

4．5 求解及后处理观察分析结果

4．6 摩擦力对接触应力有无影响分析

4．7 本章小结

第5章 人字齿轮模态分析

5．1 模态分析理论基础

5．2 模态分析简介

5．2．1 模态分析提取方法

5．2．2 模态分析过程和步骤

5．3 模态分析

5．3．1 建立有限元模型

5．3．2 模型前处理

5．3．3 加载及求解

5．3．4 后处理

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢