变速器齿轮弯曲应力分析建模与仿真

发布时间：2023-02-20 22:13

　　变速器齿轮作为汽车传动系统的主要组成部分,由于车速的不断变化和频繁的换档,其工况较为复杂多变,工作环境较为恶劣。实践证明,轮齿弯曲疲劳折断是造成齿轮失效的主要破坏形式之一。因此,准确的计算齿轮弯曲强度显得十分必要。齿轮齿根弯曲应力分析作为齿轮弯曲疲劳强度计算的主要内容,更加得到人们的重视。 本文主要针对变速器圆柱斜齿轮齿根弯曲应力分析问题展开研究,得到一些有价值的结论。 对渐开线外啮合圆柱齿轮齿根弯曲应力的经典计算方法进行系统化的分析与总结,归纳经典方法计算齿轮齿根弯曲应力所需的齿轮基本参数;针对齿轮接触、弯曲及胶合问题,实现计算载荷系数(使用系数、动载系数、齿向载荷分布系数、齿间载荷分配系数)计算的规范化、标准化。 针对工程上常用计算斜齿轮齿根弯曲应力的当量直齿轮模型,实现其几何特征参数化,完成其齿廓渐开线方程及齿根过渡曲线方程的建立并查阅相关文献确定模型边界。分析当量直齿轮模型在计算齿轮齿根弯曲应力时存在的一些问题,在齿轮二维端面模型的基础上,根据斜齿轮基圆螺旋线的生成原理,实现斜齿轮三维单齿、三齿实体模型几何特征的参数化。从斜齿轮不同啮合点对应接触线的计算着手研究,分析几对轮齿同...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
提要
第1章 绪论
    1.1 汽车变速器齿轮弯曲应力研究的意义
        1.1.1 齿轮传动系统研究的发展及重要性
        1.1.2 变速器齿轮弯曲应力研究的意义
    1.2 传统齿轮弯曲应力计算方法的发展与不足
        1.2.1 传统齿轮弯曲应力计算方法的发展
        1.2.2 传统齿轮弯曲应力计算方法的不足
    1.3 齿轮弯曲应力计算有限元法的发展与应用
        1.3.1 有限元法的发展
        1.3.2 有限元法在齿轮弯曲应力计算中的应用
    1.4 ANSYS 及其内部语言——APDL 简介
        1.4.1 ANSYS 简介
        1.4.2 ANSYS 内部语言APDL 简介
    1.5 本文的主要工作内容
第2章 齿轮齿根应力的经典计算方法
    2.1 齿轮的载荷系数
        2.1.1 名义载荷
        2.1.2 计算载荷
        2.1.3 载荷系数
        2.1.4 载荷系数确定的原则
    2.2 齿轮的基本参数
        2.2.1 已知的初始参数
        2.2.2 端面的基本参数
        2.2.3 其它基本参数
    2.3 轮齿啮合振动系统的分析模型
        2.3.1 系统的力学模型
        2.3.2 单位齿宽的当量质量
        2.3.3 啮合刚度
        2.3.4 系统的自由振动频率
        2.3.5 小齿轮的临界转速和临界转速比
    2.4 齿轮载荷系数的确定
        2.4.1 使用系数KA

        2.4.2 动载系数K_v

        2.4.3 齿向载荷分布系数K_β

        2.4.4 齿间载荷分配系数K_α

        2.4.5 胶合螺旋线载荷分配系数K_Bγ

    2.5 齿轮齿根应力的两种经典计算方法
        2.5.1 齿根应力计算方法概述
        2.5.2 齿根应力的两种经典计算方法
        2.5.3 齿根应力的表示
    2.6 齿轮齿根应力第一种计算方法的参数
        2.6.1 齿形系数Y_F

        2.6.2 应力修正系数Y_s

        2.6.3 螺旋角系数Y_β

    2.7 齿轮齿根应力第二种计算方法的参数
        2.7.1 齿形系数Y_Fa

        2.7.2 应力修正系数Y_sa

        2.7.3 重合度系数Y_ε

    2.8 本章小结
第3章 齿轮参数化几何建模原理
    3.1 当量直齿轮齿廓渐开线方程
        3.1.1 极坐标系的渐开线方程
        3.1.2 直角坐标系的渐开线方程
        3.1.3 当量直齿轮的基本参数
        3.1.4 当量直齿轮齿廓渐开线方程
    3.2 当量直齿轮齿根过渡曲线方程及下部边界
        3.2.1 齿条型加工刀具的工作原理
        3.2.2 齿条型刀具的基本参数
        3.2.3 齿条型刀具对应的齿根过渡曲线方程
        3.2.4 当量直齿轮齿根过渡曲线方程
        3.2.5 当量直齿轮单齿齿廓下部边界的选取
    3.3 斜齿轮三维模型的建立
        3.3.1 斜齿轮三维模型建立的意义
        3.3.2 斜齿轮三维模型的相关简化
        3.3.3 斜齿轮端面单齿齿廓的建立
        3.3.4 斜齿轮端面三齿齿廓的建立
        3.3.5 斜齿轮三维模型的建立
    3.4 斜齿轮接触线的确定
        3.4.1 斜齿轮的啮合原理
        3.4.2 斜齿轮接触线位置的确定方法
        3.4.3 斜齿轮齿顶点处受载时的接触线确定
        3.5.4 斜齿轮单齿啮合上界点处受载时的接触线确定
    3.5 本章小结
第4章 齿轮弯曲应力分析的APDL 实现
    4.1 ANSYS 参数化语言APDL 的基本功能
        4.1.1 APDL 功能概述
        4.1.2 APDL 参数类型与命名规则
        4.1.3 APDL 参数的赋值
        4.1.4 数值型变量值的替换
        4.1.5 参数与数据文件的写出
        4.1.6 APDL 的数学运算符号
        4.1.7 APDL 的流程控制
    4.2 APDL 的二次开发功能
        4.2.1 APDL 二次开发功能概述
        4.2.2 APDL 的宏与宏文件
        4.2.3 宏文件的命名与创建
        4.2.4 参数输入对话框的创建
    4.3 齿轮齿根应力经典计算方法的APDL 实现
        4.3.1 齿轮齿根应力经典计算方法的APDL 实现流程
        4.3.2 齿轮齿根应力经典计算方法的参数输入对话框
        4.3.3 齿轮齿根应力经典计算方法的结果输出对话框
        4.3.4 齿轮齿根应力经典计算方法的参数存储文件的生成
    4.4 齿轮实体模型的APDL 实现
        4.4.1 当量直齿轮单齿齿廓的APDL 实现
        4.4.2 斜齿轮端面齿廓的APDL 实现
        4.4.3 斜齿轮三维模型的APDL 实现
    4.5 当量直齿轮有限元模型的APDL 实现
        4.5.1 单元属性定义
        4.5.2 网格划分控制
        4.5.3 网格划分
    4.6 斜齿轮三维有限元模型的APDL 实现
        4.6.1 斜齿轮三维单齿模型载荷接触线分析
        4.6.2 轮齿接触面剖分
        4.6.3 斜齿轮三维单齿有限元模型的APDL 实现
        4.6.4 斜齿轮三维三齿有限元模型的APDL 实现
    4.7 当量直齿轮有限元模型求解的APDL 实现
        4.7.1 当量直齿轮有限元模型的载荷分析
        4.7.2 当量直齿轮有限元模型求解的APDL 实现
    4.8 斜齿轮三维有限元模型求解的APDL 实现
        4.8.1 斜齿轮三维有限元模型的载荷分析
        4.8.2 斜齿轮三维单齿有限元模型求解的APDL 实现
        4.8.3 斜齿轮三维三齿有限元模型求解的APDL 实现
    4.9 两种方法计算齿轮齿根应力结果的对比分析
        4.9.1 两种方法计算齿轮齿根应力的数据对比
        4.9.2 经典计算方法与当量直齿轮模型有限元法结果对比分析
        4.9.3 经典计算方法与斜齿轮三维单齿模型有限元法结果对比分析
        4.9.4 当量直齿轮模型与斜齿轮三维三齿模型结果对比分析
    4.10 本章小结
第5章 全文总结及展望
参考文献
摘要
ABSTRACT
致谢



本文编号：3747410

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