有限元与半平面法结合的技术在斜齿轮有限元后处理中的应用

发布时间：2017-07-01 18:03

  本文关键词：有限元与半平面法结合的技术在斜齿轮有限元后处理中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在机械传动中,斜齿轮传动由于传动平稳、效率高等优点而被广泛地应用于各个领域。斜齿轮在传动过程中,由于受到变化的接触载荷,容易发生轮齿的失效。因此对斜齿轮啮合过程进行有限元分析,分析在啮合过程中应力和位移的变化,对于研究齿轮接触强度和齿轮寿命具有重要的指导意义。现今对齿轮进行有限元分析主要依赖于有限元分析软件,现行的有限元软件在进行齿轮接触有限元分析时需处理大量的有限单元,求解应力和位移时计算速度较慢,在后处理方面计算结果的显示缺乏灵活性,为了克服这些缺点,本文综合应用有限单元法和半平面法的基本原理采用编程方法对斜齿轮进行有限元求解计算和后处理。本文具体研究工作如下:1)根据斜齿轮螺旋面的形成原理及齿轮基本参数,编译程序完成斜齿轮的建模及离散化。从程序中导出斜齿轮的节点和单元数据,在有限元软件中编写命令流程序完成建模。2)根据有限单元法和半平面法基本原理,推导其应力和位移计算公式,计算斜齿轮节点上的应力和位移值。3)在自开发程序和有限元软件中分别进行有限元后处理。在自开发程序中将有限单元法和半平面法综合应用于斜齿轮后处理,具体过程为:以接触线为中心,划定一个斜半圆柱区域,在该区域内部,采用半平面法的计算结果;在该区域外部,采用有限单元法的计算结果;结合边界上取二者平均值。将二者综合起来通过编译程序实现计算结果的直观显示。在有限元软件中通过自带的通用后处理器实现计算结果的显示。4)对自开发程序与有限元软件中进行有限元分析的计算时间进行对比。在后处理过程中,以位移图和应力云图为例,比较两种后处理方法显示效果的差异。5)展现有限单元法与半平面法结合在后处理方面结果显示的灵活性。本文成功的将有限单元法和半平面法理论相结合应用于斜齿轮有限元分析,并且在MATLAB中开发了一套斜齿轮有限元分析程序,与有限元软件相比,通过该程序进行有限元分析计算速度较快,显示精度较高,在后处理中结果显示方面具有更好的适应性和灵活性。
【关键词】：斜齿轮 有限单元法 半平面法 有限元分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 齿轮有限元分析研究现状9
• 1.2.2 有限元后处理研究现状9-11
• 1.3 本文主要研究内容11-14
• 2 斜齿轮参数化建模及离散化14-28
• 2.1 斜齿轮齿形及其特性14-18
• 2.1.1 斜齿轮齿廓15-17
• 2.1.2 斜齿轮齿面17-18
• 2.2 斜齿轮在MATLAB中参数化建模18-24
• 2.2.1 坐标系的布置及斜齿轮参数18-19
• 2.2.2 斜齿轮螺旋面19-24
• 2.3 斜齿轮有限元离散化24-25
• 2.4 啮合接触线25-26
• 2.5 斜齿轮在ANSYS中参数化建模26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 有限单元法分析斜齿轮28-36
• 3.1 有限单元法基本步骤28-29
• 3.2 单元力学特性分析29-32
• 3.2.1 位移模式29
• 3.2.2 单元应变关系式29-30
• 3.2.3 单元应力关系式30-31
• 3.2.4 单元刚度矩阵31
• 3.2.5 载荷移置31-32
• 3.3 整体分析32-33
• 3.4 有限单元法计算结果33-34
• 3.5 本章小结34-36
• 4 半平面法分析斜齿轮36-44
• 4.1 半平面法分析斜齿轮36-39
• 4.1.1 半平面法计算应力36-38
• 4.1.2 半平面法计算位移38-39
• 4.2 齿轮啮合接触区域39-40
• 4.3 半平面法计算结果40-41
• 4.4 本章小结41-44
• 5 斜齿轮有限元后处理44-60
• 5.1 斜齿轮求解计算及后处理44
• 5.2 结合法后处理与ANSYS后处理结果对比44-49
• 5.2.1 位移图对比44-47
• 5.2.2 应力云图对比47-49
• 5.3 有限元和半平面法结合分析应力49-56
• 5.3.1 轮齿齿面应力50-53
• 5.3.2 轮齿端平面应力53-55
• 5.3.3 齿根应力55-56
• 5.4 有限元和半平面法结合分析位移56-58
• 5.4.1 轮齿齿面位移56-57
• 5.4.2 齿面位移与载荷关系57-58
• 5.5 本章小结58-60
• 6 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 附录68-73

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