圆柱齿轮的三维参数化建模与应力分析

摘要

本文在研究齿轮啮合过程中的齿向载荷分布及齿间载荷分布计算的基础上,运用PRO/E软件及ANSYS软件开发出了一种计算圆柱直、斜齿轮三维参数化建模和应力分析的新方法.对圆柱齿轮进行齿根应力和齿轮结构应力计算,首先必须确定齿轮在啮合过程中的齿向载荷分布及齿间载荷分布.本文研究并使用了一种能有效计算齿轮载荷分布的方法.通过建立齿面坐标系及相应的坐标转换阵,求出圆柱齿轮在整个啮合过程中各接触线上的载荷分布和齿间载荷分布.运用PRO/E软件,建立了一个精确参数化圆柱齿轮模型.此参数化模型能根据输入的一些关键参数而改变尺寸和形状.利用ANSYS的数据接口,精确的将在PRO/E软件中生成的几何数据导入ANSYS,而后准确地在该模型上划分网格并求解.利用APDL的程序语言与宏技术组织管理ANSYS的有限元分析命令,实现了施加参数化载荷、参数化求解以及参数化后处理结果的显示.有限元分析的全过程都实现了参数化,这是ANSYS批处理分析的最高技术.在参数化的分析过程中可以简单的修改其中的参数达到反复分析各种尺寸、不同载荷大小的目的,从而极大的提高分析效率,减少分析成本.算例表明本方法快速、准确、实用方便.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1本文的研究背景

1.2研究意义

1.3圆柱齿轮弯曲应力计算概述

1.4有限元方法概述

1.5本文研究的内容

第二章齿根弯曲应力计算的常用方法

2.1引言

2.2 圆柱齿轮的齿根应力计算的发展

2.3平截面法分析齿根应力

2.3.1.最不利的载荷作用点

2.3.2.危险截面位置的确定

2.3.3.齿根应力分析

2.4折截面法分析齿根应力

2.4.1.齿条形刀具

2.4.2.危险截面齿厚

2.4.3.过渡曲线曲率半径等的计算公式

2.5有限元法计算齿根应力

2.5.1.边界范围的选择

2.5.2.单元型式的选择

2.6用边界元方法计算齿根应力

2.7小结

第三章有限单元法基础

3.1引言

3.2有限单元法基本概念

3.3线性结构静力分析的有限单元法

3.3.1.单元刚度矩阵的建立

3.3.2.有限单元法的解题步骤

3.4小结

第四章参数化齿轮造型

4.1引言

4.2开发工具概述

4.3设置参数和数学关系式

4.3.1.设置可输入参数

4.3.2.设置数学关系式

4.4构造齿廓

4.4.1.齿廓过渡曲线方程式

4.4.2.齿廓的渐开线方程式

4.4.3.生成齿廓线

4.5生成斜齿

4.5.1.绘制X向量轨迹线

4.5.2.生成螺旋线

4.5.3.绘制原始轨迹线

4.5.4.利用可变截面扫描命令生成一个斜齿

4.5.5.利用阵列命令生成其它的轮齿

4.6建立齿轮的结构

4.7小结

第五章参数化齿轮的齿根应力计算

5.1引言

5.2开发工具概述

5.2.1.ANSYS软件概述

5.2.2.APDL参数化语言概论

5.3画出接触线

5.4斜齿圆柱齿轮载荷的分布计算

5.4.1.坐标系间的转换

5.4.2.计算实例

5.5利用ANSYS计算齿根应力

5.5.1.齿轮模型的导入

5.5.2.设置PRO/E与ANSYS之间的接口

5.5.3.设置加载点

5.5.4.网格划分

5.5.5.施加载荷

5.5.6.求解、输出结果

5.6小结

第六章计算结果分析

6.1引言

6.2计算实例

6.2.1.各种计算方法的结果比较

6.2.2.不同轮缘厚度对齿根应力的影响

6.3小结

第七章结论与展望

7.1本文研究的重点及结论

7.2进一步的工作展望

作者攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢

参考文献

西北工业大学学位论文知识产权声明书和西北工业大学学位论文原创性声明