薄轮缘辐板齿轮结构的有限元分析研究

摘要

本文基于建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS，研究一种圆柱齿轮副三维参数化建模和参数化静态特性分析的方法。 文中对圆柱齿轮传动的载荷分配、静态传动误差及齿根弯曲应力的分析模型和计算方法做了研究和探讨。通过建立齿面坐标系及相应的坐标转换阵，使用了一种能准确计算齿轮载荷分布的方法。基于此方法可计算啮合过程中各齿对间及接触线各节点之间的载荷分配规律，并分析了齿轮结构对载荷分配的影响。计算了在不同结构参数下的齿轮传动误差特性，分析对比不同轮缘厚度和辐板厚度下的啮合刚度及齿根弯曲应力，得到了一些规律性的结论。 利用Pro/E软件建立了一个精确参数化圆柱齿轮模型。针对通用的轮缘辐板式齿轮，此参数化模型可以接受在用户图形界面下输入的几何参数列表，迅速生成新的直、斜齿轮几何模型并转换成ANSYS专用的模型文件格式。 运用ANSYS的APDL语言和宏技术管理齿轮有限元分析的全过程，实现了齿面柔度矩阵的计算和齿轮应力应变的计算。这其中包括精确的网格控制、参数化施加载荷、参数化求解以及参数化后处理结果的显示。通过读入FORTRAN模块生成的相关参数和计算结果，使得本文编制的APDL分析文件不受齿轮模型的限制，最终达到简单反复分析不同尺寸、不同载荷的目的，从而极大的提高分析效率。 提出使用正交试验的方法来优化复杂机械结构的几何参数，通过对试验结果的极差和方差分析来观察各参数对优化目标的影响趋势。经过分析讨论表明正交试验是齿轮结构参数优化的一种良好途径。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章 齿轮结构模型的建立

第三章 参数化齿轮有限元分析

3.1引言

3.2有限元法的基本概念和思路

3.3 ANSYS参数化设计(APDL)的应用

3.4参数化有限元分析过程中模型

3.5齿轮分析中坐标系及变换

3.6齿面加载点坐标导入

3.7模型的网格划分

3.8啮合刚度和柔度矩阵的计算

3.9齿面载荷分布的计算

3.10应力应变计算

3.11本章小结

第四章 参数化方法计算结果分析

第五章 基于正交试验的结构优化设计

第六章结论与展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢

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