推土机终传动齿轮的三维参数化建模和有限元分析

摘要

本文结合山东推土机股份有限公司生产的TY320型推土机终传动齿轮的设计，针对现有设计手段的不足，将CAD/CAE技术引入齿轮设计开发领域。本文提出的基于参数化思想的设计方法使我们的设计工作实现智能化、快速化，对于提高设计质量，缩短设计周期，降低产品成本，快速满足市场需求具有重要的意义。
　　本文首先运用Pro/E软件，建立了一个精确的三维参数化圆柱齿轮模型。这既保证了齿廓的渐开线形状，又使此模型能够根据输入的一些关键参数而改变尺寸和形状。
　　接着，研究了Pro/E和ANSYS的结合使用，解决了复杂产品有限元分析的建模问题。利用ANSYS的数据接口，将在Pro/E软件中生成的几何数据导入ANSYS，然后，对齿轮的静态特性和模态特性进行了有限元分析，得出了推土机终传动齿轮的强度特性，将分析结果以应力云图、变形云图、振型图的形式直观的显示出来。对齿轮进行静态特性分析时，本文分析了终传动齿轮在整个啮合过程中最不利的加载位置，求出了此时载荷的大小和方向，从而保证了齿轮强度计算的合理性。对齿轮进行模态特性分析时，研究了齿轮的振动是低阶模态起主导作用，为齿轮进一步的动态分析做好准备。
　　通过与理论计算和实验结果进行对比，有限元分析的结果与上述结果吻合，证明了有限元模型建立正确，分析过程正确。
　　另外，本文还对齿轮的结构设计作了进一步的改进。针对齿轮应力分布情况，通过进一步的有限元分析，对齿轮结构提出改进方案。

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Contents

1 绪 论

1.1 选题的目的和意义

1.2 计算机辅助设计的国内外研究动态与发展前景

1.3 参数化设计技术的应用现状和前景

1.4 本文的主要研究内容

2 基于ANSYS的有限元分析

2.1 有限单元法的基本概念

2.2 有限单元法的发展历程和趋势

2.3 ANSYS功能及特点

2.4 小结

3 推土机终传动齿轮的设计分析

3.1 推土机传动系统简介

3.2 终传动总体设计

3.3 终传动齿轮的初步设计

3.4 齿轮弯曲强度校核

3.5 小结

4 终传动齿轮的三维参数化建模

4.1 Pro/E简介

4.3 设置参数和关系式

4.4 构造齿廓

4.5 生成齿轮

4.6 建立齿轮的结构特征

4.7 齿轮参数化的实现

4.8 小结

5 齿轮的静力学分析

5.1 静力学分析流程

5.2 有限元模型的建立及数据处理

5.3 齿轮有限元计算结果

5.4 齿轮有限元计算结果分析

5.5 齿轮结构改进分析

5.6 小结

6 齿轮的模态分析

6.1 有限元模型的建立及数据处理

6.2 齿轮模态分析结果

6.3 齿轮模态分析结论

6.4 小结

结论与展望

致谢

参考文献