弧齿锥齿轮传动的啮合仿真分析

发布时间：2017-04-19 09:01

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【摘要】：弧齿锥齿轮以其强度高、传动平稳、效率高、承载能力强、噪声低等优点而被广泛应用于高级轿车、动车、航空航天、石油、化工等诸多领域，其啮合性能直接影响着齿轮副的寿命和工作质量。课题运用Visual C++、Pro/E和ANSYS等工具，对其精确快速三维建模方法及其动态啮合过程进行了分析，主要研究内容如下： 要进行啮合仿真分析，建立精确的三维模型是前提。课题分析了弧齿锥齿轮的加工和啮合原理，推导出产形轮的圆弧齿线和球面渐开线方程，建立了包含齿根圆角的弧齿锥齿轮的精确三维参数化模型；基于Pro/Toolkit进行二次开发，使设计者只需人机交互输入弧齿锥齿轮的基本参数即可快速完成其三维建模。 基于ANSYS的面—面接触算法建立了静态柔性计算模型，通过扫掠网格划分，施加边界条件，加载求解，得到了弧齿锥齿轮的静态分析云图，并将分析结果与理论计算值进行比较，误差为2.21%。 鉴于弧齿锥齿轮常用于高速、重载等工况下，在内外部激励作用下有可能发生机械振动，，利用有限元软件对完整的齿轮副模型进行了模态分析，获得其振动形态，得到了齿轮的各阶固有频率及主振型，并进行了详细分析。 利用ANSYS/LS-DYNA对弧齿锥齿轮进行动态啮合分析，得到了齿轮副从开始啮合到退出啮合的整个过程中的齿面应力、应变的分布变化情况及同一轮齿不同部位的有效应力随时间的变化曲线，并对计算结果进行了理论分析。 课题的研究为弧齿锥齿轮的设计、加工与工程应用提供了有力的理论依据。
【关键词】：弧齿锥齿轮 Pro/E ANSYS 接触分析 模态分析
【学位授予单位】：河北联合大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 参数化特征建模理论10-12
• 1.3 弧齿锥齿轮啮合分析的研究现状12-15
• 1.3.1 弧齿锥齿轮强度分析研究概述12-14
• 1.3.2 弧齿锥齿轮动力学研究14-15
• 1.4 本论文的研究内容及研究方法15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 弧齿锥齿轮的参数化建模17-36
• 2.1 弧齿锥齿轮初始资料17-18
• 2.2 球面渐开线形成原理及特性18-21
• 2.2.1 球面渐开线形成原理18-19
• 2.2.2 球面渐开线方程的推导19-20
• 2.2.3 弧齿锥齿轮的切齿理论20-21
• 2.2.4 刀盘直径的计算21
• 2.3 弧齿锥齿轮参数化建模过程21-27
• 2.3.1 输入基本参数和关系式22-24
• 2.3.2 创建基本曲线及渐开线24-25
• 2.3.3 生成齿轮单个轮齿25-26
• 2.3.4 生成完整模型26-27
• 2.4 Pro/Toolkit 二次开发27-34
• 2.4.1 系统的功能及总体结构27-28
• 2.4.2 Pro/Toolkit 主程序结构28-29
• 2.4.3 菜单栏菜单设计29-30
• 2.4.4 UI 对话框资源文件的创建30-32
• 2.4.5 参数的获取、传递和新模型再生32-33
• 2.4.6 注册文件的编写33-34
• 2.5 弧齿锥齿轮的虚拟装配34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 弧齿锥齿轮的静态接触分析36-47
• 3.1 弧齿锥齿轮接触分析的有限元方法36-37
• 3.1.1 接触的类型36
• 3.1.2 接触问题的求解方法36-37
• 3.1.3 ANSYS 的接触方式37
• 3.2 弧齿锥齿轮的静态接触分析37-43
• 3.2.1 静态接触分析的前处理过程38-41
• 3.2.2 施加边界条件41-42
• 3.2.3 静态接触求解42-43
• 3.3 结果分析43-46
• 3.3.1 理论值计算43-44
• 3.3.2 ANSYS 计算结果44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 弧齿锥齿轮的模态分析47-53
• 4.1 模态分析的必要性47
• 4.2 模态分析的理论基础47-48
• 4.3 模态分析方法48
• 4.4 模态分析的步骤48-49
• 4.5 查看结果及后处理49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 弧齿锥齿轮的动态啮合分析53-64
• 5.1 基于 LS-DYNA 的动态啮合有限元分析方法53-55
• 5.1.1 LS-DYNA 动力分析功能综述53
• 5.1.2 接触问题处理方法53-54
• 5.1.3 LS-DYNA 的接触类型54-55
• 5.2 弧齿锥齿轮动态啮合分析55-61
• 5.2.1 动态啮合分析前处理过程55-59
• 5.2.2 定义边界条件和施加载荷59-60
• 5.2.3 动态分析求解设置60-61
• 5.3 动态啮合结果分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论与展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 导师简介69-70
• 作者简介70-71
• 学位论文数据集71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 汤兆平;孙剑萍;;格利森弧齿锥齿轮的精确参数化设计与运动仿真分析[J];机械设计与制造;2011年04期

2 高晓娟;张福生;程良飞;;螺旋锥齿轮的三维参数化建模[J];起重运输机械;2012年05期

3 刘永参;吴凤林;兰明;任洁;;基于ANSYS/LS-DYNA的齿轮动力学接触仿真分析[J];机械工程与自动化;2011年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 樊茜婷;重型汽车变速器斜齿轮建模及接触应力分析[D];重庆大学;2012年

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本文编号：315900