斜齿轮动力学接触分析及齿向优化研究

摘要

齿轮是机械行业中不可缺少的零部件，随着工业的继续发展，对齿轮的持续优化与研究是很有必要的。而对齿轮的仿真分析是必不可少的环节，因此对齿轮应力仿真分析具有非常重大的实用价值。
　　本论文课题主要是对渐开线斜齿轮所进行的研究，从斜齿轮的参数化建模，到利用ANSYS对齿轮进行动力学接触分析，最后通过齿向修形对齿轮接触载荷分布不均进行了改进。本论文主要得到了以下结论:
　　(1)以斜齿轮渐开线生成机理为研究切入点，再根据斜齿轮的结构特点，分析了斜齿轮端面和法面的基本参数之间关系，以此为理论背景，建立了齿轮渐开线方程和齿根过渡曲线方程。针对斜齿轮的结构特点，建立了斜齿轮的参数化特征模型，并通过Pro/E参数化建模工具，定义斜齿轮基本参数与斜齿轮尺寸要素之间的驱动关系，通过改变斜齿轮基本参数，可重新生成斜齿轮参数化特征模型，便于后续斜齿轮模型的建立，同时也为后续有限元分析提供了模型基础。
　　(2)按照有限元软件Ansys/Workbench求解计算问题的流程:首先利用Workbench软件对齿轮装配体进行了模态分析，求解得到齿轮装配体模型的20阶模态值，同时得到对应模态振型图。然后针对本文需要解决的具体问题，对斜齿轮进行了瞬态动力学计算分析，利用Workbench软件对斜齿轮进行瞬态动力学接触分析，得到了啮合过程中齿轮的等效应力云图，啮合面的接触压力云图，齿轮结构刚度进行分析判断。通过改变边界条件，研究齿轮在不同转速条件下的接触应力。同时用热机耦合摩擦方法对齿轮动力学接触进行有限元分析，得到了考虑摩擦及温度情况下齿轮的受力状态。
　　(3)齿向修形的方案是建立在对齿轮修形有了严谨的认识后，依据实际加工确定的。阅读文献资料，对修形理论有了较深的体会，并通过理论计算得到了修形量。利用Pro/E软件对修形后的齿轮重新建模装配，利用有限元软件ANSYS软件对齿轮进行动力学接触分析。分析对比修形前后的结果。通过修形前后对比得出结论，通过齿轮修形轮齿载荷分布不均的问题得到了解决。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及选题意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文组织架构

第2章基 于Pro／E的斜齿轮参数化研究与建模

2．1 斜齿轮渐开线形成理论

2．1．1 直齿圆柱斜齿轮的齿廓曲面的形成

2．1．2 渐开线斜齿轮的基本参数关系

2．2 端面齿廓方程建立

2．2．1 渐开线方程

2．2．2 过渡圆曲线

2．3 斜齿轮参数化建模基本理论和过程

2．3．1 定义参数

2．3．2 填加驱动关系式

2．3．3 创建基准曲线

2．3．4 创建齿根过渡曲线

2．3．5 复制旋转齿廓曲线

2．3．6 生成斜齿轮实体模型

2．4 本章小结

第3章 模态分析

3．1 模态分析简介

3．2 ANSYS Workbench模态分析

3．2．1 结构模态分析

3．2．2 几何模型和质量点

3．2．3 材料属性

3．2．4 接触域

3．2．5 载荷和约束

3．2．6 求解

3．3 斜齿轮装配体的模态分析

3．3．1 有限元模型前处理

3．3．2 边界条件设置及分析计算

3．4 模态分析求解过程

3．4．1 模态分析设置

3．4．2 模态分析求解

3．5 本章小结

第4章 斜齿轮接触瞬态动力学分析

4．1 有限元

4．1．1 有限元方法

4．1．2 有限元分析软件

4．2 ANSYS／Workbeneh基本分析步骤

4．2．1 ANSYS／Workbench软件

4．2．2 有限元前处理

4．2．3 有限元求解计算

4．2．4 有限元后处理

4．3 斜齿轮有限元模型建立

4．3．1 有限元分析模型建立

4．3．2 添加斜齿轮材料参数

4．3．3 施加边界条件

4．4 Ansys／Workbench计算结果分析

4．4．1 斜齿啮合过程等效应力与时间的变化规律

4．4．2 不同时刻斜齿轮等效应力云图

4．4．3 啮合过程中等效应力分布云图

4．4．4 接触压力分布云图及接触状态

4．5 斜齿轮热机耦合摩擦分析

4．5．1 创建瞬态结构分析系统

4．5．2 计算及结果分析

4．5．3 斜齿啮合过程等效应力与时间的变化规律

4．5．4 斜齿轮等效应力云图

4．6 更改转速条件后斜齿轮分析计算

4．6．1 斜齿啮合过程等效应力与时间的变化规律

4．6．2 0．115s时刻的斜齿轮等效应力云图

4．6．3 接触压力分布

4．7 本章小结

第5章 齿向修形和动力学接触分析

5．1 修形原因

5．2 常用齿轮修形理论及方法

5．3 渐开线斜齿轮的齿向修形

5．3．1 齿向载荷均布研究

5．3．2 齿向修形

5．3．3 齿向修形方法

5．4 鼓形修形

5．4．1 概述

5．4．2 修形量的确定

5．4．3 鼓形量的计算和鼓形中心的确定

5．5 修形斜齿轮接触分析

5．5．1 斜齿啮合过程等效应力与时间的变化规律

5．5．2 不同时刻的斜齿轮等效应力云图

5．5．3 接触压力分布

5．6 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