齿轮传动非线性接触仿真系统的研究及开发

摘要

齿轮传动是机械传动中一种十分重要的传动方式,也是机器中最主要的易损件之一,对其设计及分析相关理论及方法的研究一直是国内外学者及工程人员研究的一项重要内容。传统齿轮强度设计理论由于存在较多的近似和假设,计算得到的理论值与真实值之间存在较大的误差。近年来,随着有限元技术的不断发展,其在齿轮设计和分析领域也得到了较为广泛的应用,很多学者对此进行了许多深入的研究。然而,之前的学者在采用有限元法进行齿轮传动的建模与分析等方面存在一定的不足及需要进一步深入之处,如齿轮有限元模型不够精确,仿真过程存在缺陷,对动态仿真的考察不够完全,也未能实现建模及仿真过程的参数化,不同的模型需重复操作,过程繁琐,且效率低下。
　　 本文针对现今齿轮传动建模及分析研究中存在的一些不足之处,以工程实践中最常用的渐开线齿轮为对象,就渐开线齿轮参数化建模及仿真过程中的一系列问题进行了深入探讨。论文首先就渐开线齿轮参数化建模的原理、方法及关键技术进行了研究,并通过对ANSYS二次开发语言APDL(ANSYS ParametricDesign Language)语言及ANSYS命令的学习,编程实现了渐开线直齿轮及斜齿轮传动的参数化建模。进而通过对非线性接触理论及ANSYS接触分析方法的研究,实现了齿轮传动的非线性接触仿真。为了进一步对齿轮传动的动态特性进行更深入探讨,本文接着对瞬态动力学及多体动力学的理论以及ANSYS基于有限元法的多体动力学建模及仿真方法进行了深入研究,并进而采用ANSYS提供的基于有限元法的多体动力学仿真功能实现了齿轮传动的动态仿真。最后通过对APDL语言与UIDL(User Interface Development Language)语言实现ANSYS二次开发方法的研究,开发了专门的齿轮传动仿真系统。
　　 本文很好地解决了齿轮传动建模及仿真过程中存在的一些缺点和不足,得到的有限元模型质量可靠,保证了分析结果的精确性,仿真实例有效证明了静态与动态仿真结果的正确性。开发的集成于ANSYS环境下的齿轮传动仿真集成系统,有效提高了齿轮建模及仿真工作的效率,具有较强的实用价值。提出的基于有限元法的多体动力学方法,可为其他类型齿轮及相关多体动力学问题的仿真工作提供指导及借鉴。

目录

文摘

英文文摘

致谢

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表格清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 课题来源与研究内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 齿轮参数化建模

2.1 引言

2.2 齿轮参数化建模原理及方法

2.2.1 齿轮曲线参数方程

2.2.2 齿轮参数化建模原理及相关技术

2.3 基于APDL语言齿轮参数化建模

2.3.1 APDL参数化有限元分析技术

2.3.2 齿轮模型的APDL建模

2.4 本章小结

第三章 齿轮传动非线性接触分析

3.1 引言

3.2 非线性接触分析理论

3.2.1 非线性接触理论简介

3.2.2 ANSYS接触分析

3.3 齿轮传动非线性接触分析

3.3.1 啮合接触对建立及优化

3.3.2 施加静态载荷及约束

3.3.3 非线性求解设置及计算

3.3.4 结果分析

3.4 本章小结

第四章 齿轮传动多体动力学仿真

4.1 引言

4.2 瞬态动力学分析

4.3 多体动力学分析

4.3.1 多体动力学分析简介

4.3.2 基于有限元法的多体动力学建模

4.3.3 基于有限元法的多体动力学仿真

4.4 基于有限元法的齿轮传动多体动力学仿真

4.4.1 啮合接触对建立、修改及优化

4.4.2 齿轮传动多体动力学建模

4.4.3 多体仿真求解设置

4.4.4 计算及结果分析

4.5 本章小结

第五章 齿轮传动仿真系统的设计及开发

5.1 引言

5.2 基于APDL与UIDL的ANSYS二次开发

5.2.1 UIDL语言简介

5.2.2 基于APDL与UIDL的ANSYS二次开发方法

5.3 齿轮传动仿真系统开发

5.3.1 系统总体设计

5.3.2 系统框架结构设计

5.3.3 系统界面的UIDL实现

5.3.4 系统应用

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文