渐开线直齿圆锥齿轮参数化建模及有限元强度分析

摘要

渐开线直齿圆锥齿轮传动用于传递空间两相交轴之间的运动和动力，便于制造、传动平稳、承受载荷大，广泛应用于船舶、汽车、机床等生产或生活设备中。但在实际工作过程中，由于冲击、制造及安装误差等因素的影响，齿轮在周期性载荷的作用下会发生失效，主要是轮齿的破坏失效。研究齿轮副啮合过程中变形和应力情况，对提高齿轮承载能力，延长其使用寿命具有重要意义。
　　本文根据齿轮齿廓曲面形成原理，推导得到球面渐开线方程，编写APDL命令流绘制空间渐开线曲线。APDL是ANSYS的提供内部编程语言。本文通过编写APDL命令流实现齿轮参数变量的定义和计算，使用点、线、面、体相关命令快速建立齿轮实体模型;编写APDL命令流实现有限元网格模型建立、约束和加载、求解等。
　　对齿轮运动过程进行瞬态动力学和静接触仿真分析，得到渐开线直齿圆锥齿轮副啮合传动的动态性能和静态性能。瞬态分析，可以观察整个运动过程中齿轮受力或变形随着时间的变化情况。找到一个周期内出现最大应力的时间，确定齿轮副啮合的最劣啮合位置。静力学的分析主要是完成最劣位置的应力和应变分析，观察轮齿所受应力大小及分布情况，并采用应力云图或切片显示。
　　把有限元分析计算得到的轮齿齿面接触应力值和齿根弯曲应力值与传统方法进行了对比，验证了有限元分析结果的正确性。
　　本文还开发了基于Visual C++2010的渐开线直齿圆锥齿轮参数化建模与分析系统软件，软件界面通过宏文件与ANSYS进行交互。用户可以输入任意结构参数和工况条件下的齿轮分析参数，快速建立齿轮实体模型或有限元网格分析模型;输入齿轮运动仿真分析相关参数，快速建立齿轮有限元模型，能快速对齿轮进行有限元强度分析。

目录

封面

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外的研究综述

1．3 本文的主要研究内容

2 基于APDL命令流的圆锥齿轮实体建模及装配

2．1 圆锥齿轮的APDL建模方法

2．2 圆锥齿轮参数化建模与装配过程

2．3 几种常用的圆锥齿轮实体结构模型

2．4 本章小结

3 直齿圆锥齿轮传动有限元强度分析

3．1 齿轮副的有限元建模

3．2 齿轮剐啮合过程有限元仿真分析的实现方法

3．3 瞬态动力学和静接触仿真分析

3．4 本章小结

4 圆锥齿轮强度计算的有限元法与传统方法对比分析

4．1 本章引言

4．2 齿轮强度的传统方法分析计算

4．3 齿轮虽度的有限元法分析计算

4．4 两种方法的计算结果对比分析

4．5 本章小结

5 圆锥齿轮参数化建模与分析系统软件开发

5．1 软件开发环境

5．2 系统目标和功能

5．3 软件界面与ANSYS软件的参数化交互

5．4 系统的主要功能结构模块

5．5 软件运行实例

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间主要学术成果