高效节能提升机斜齿轮传动研究

摘要

提升机作为大载荷多功能施工平台的最主要动力部件，传动方式主要以斜齿轮传动为主。传统的斜齿轮设计校核是通过查找机械设计手册完成，本文通过Visual Basic把查找机械设计手册的过程完全程序化，相应的计算过程和查表过程都是通过计算机程序完成，用户只需输入相应的设计要求，由计算机程序自动计算相应的公式。Visual Basic作为一种编程软件，从个人开发使用或小组使用的小工具，到大型企业应用系统，甚至通过Internet的遍及全球分布式应用程序，都可在Visual Basic提供的工具中各取所需。
　　 本文使用参数化设计语言APDL实现了斜齿轮的三维参数化建模，ANSYS提供的软件的接口（solidworks、UG、AutoCAD、Pro/e等），可以将模型以SAT、IGES、ANF的格式导入。优点就是可以缩短建模时间，但由于软件之间存在兼容性差问题，数据丢失常发生在相互转换的过程中，使建模的精确度大大降低，从而影响以后的计算和后处理。而利用APDL语言在ANSYS环境下，就可以精确的建立齿轮模型。虽然很多人也进行了类似的参数化建模，但是并不是通用化建模，本文利用APDL的宏命令实现了只需输入相应的参数后，可以绘制任意一对啮合的斜齿轮模型。这样必可以提高设计工程的效率。
　　 一对斜齿轮相互啮合，互相接触又脱开，这种接触和脱开的机械动作是一个复杂的非线性问题。对于传统的齿轮理论分析，是利用弹性力学，把齿轮的接触模型假设成两平行圆柱体对压的模型，从而利用赫兹公式为基础，许多设计假设是不可避免的，齿轮啮合过程中的应变分布与变化以及应力是无法准确反映的。相对于传统的理论分析，具有直观、准确、快速方便等优点的有限元法就成为设计校核斜齿轮的一种新方法。本文利用ANSYS进行了斜齿轮齿面的接触强度分析，可以更直观的看到应力的分布，与传统的校核过程相比，更节省时间，没有反复的查阅表格和试算。在分析过程中，对模型进行了属性分配，网格划分，建立接触关系，施加约束和载荷，计算和后处理。此过程利用了APDL语言完成，任意一对标准斜齿轮都可以很快的进行校核分析。
　　 在施工平台的提升机工作中，由于重载和反复运动，齿轮会产生振动现象，对齿轮的模态分析可以研究齿轮结构的振动特性，尤其是对斜齿轮的固有频率和振型的确定，可以为在产品设计的过程中避开这些频率和减少这些频率的激励提供有力的帮助。避免这些频率可以消除振动和噪音，提高齿轮的使用寿命，使施工平台工作稳定。传统的对齿轮的模态分析主要是利用解析方法和相对简单的数值仿真，大多都做了大量的简化。本文通过有限元方法对一对啮合的斜齿轮进行模态分析，得到了齿轮的固有频率和主振型，为齿轮的动力学研究提供了有力的依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．1．1 问题的提出

1．1．2 研究意义和目的

1．2 研究现状

1．2．1 提升机研究现状

1．2．2 齿轮设计现状

1．2．3 基于ANSYS系统分析齿轮研究现状

1．3 研究内容和关键技术问题

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 关键技术问题

第二章 斜齿轮VB可视化程序设计

2．1 斜齿面接触疲劳强度计算公式

2．2 斜齿轮齿根弯曲疲劳强度设计公式

2．3 界面使用设计过程

2．4 本章小结

第三章 基于ANSYS的斜齿轮齿面接触应力分析

3．1 斜齿轮系统实体几何建模

3．1．1 斜齿轮齿面的形成

3．1．2 螺旋线的生成

3．1．3 第一个斜齿轮建模

3．1．4 第二个斜齿轮建模

3．1．5 斜齿轮模型啮合位置的调整

3．2 基于ANSYS的非线性斜齿轮接触强度分析

3．2．1 定义单元属性

3．2．2 网格划分

3．2．3 建立接触对

3．2．4 施加载荷和约束

3．2．5 计算校核

3．2．6 查看结果并分析

3．3 程序的通用化

3．3．1 接触面和目标面编号的推导

3．3．2 加载面的编号变化

3．3．3 调整齿轮啮合位置

3．3．4 ANSYS宏命令的建立

3．4 本章小结

第四章 基于ANSYS的啮合斜齿轮的模态分析

4．1 机械振动理论

4．2 齿轮系统扭转振动模型的建立

4．3 基于ANSYS的齿轮模态分析

4．3．1 系统振动方程

4．3．2 模态提取

4．3．3 ANSYS模态分析操作步骤

4．4 本章总结

第五章 基于ANSYS的斜齿轮的谐响应分析

5．1 谐响应分析的概述

5．2 谐响应分析的过程

5．2．1 指定分析选项

5．2．2 选择求解方法

5．2．3 定义载荷步

5．2．4 进行求解

5．2．5 查看结果

5．3 本章小结

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简介

致谢