计算机辅助技术在齿轮传动设计教学中的应用

发布时间：2021-08-05 00:56

　　面对"新工科"建设的过程中工程类专业对机械结构设计的新需求,以"齿轮传动设计"为案例,探索新的教学模式。分析了目前传统的教学内容与方法中存在的问题,将计算机辅助技术融入当前课程。该教学方式可将繁琐、模糊的专业知识简单化,极大地提高学生的设计效率以及工程实践与科研探索能力,同时使学生进一步理解书本知识,激发学习兴趣,实现"新工科"的培养理念。 

【文章来源】：教育现代化. 2020,7(36)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

齿面接触应力随转角变化图

以某变速器为案例进行分析。已知其输入功率P=11kW,小齿轮转速n1=970 r/min,传动比i=3.2,要求寿命为20000h,工作平稳,转向不变。试设计该齿轮传动。对于齿轮传动的设计,其传统的设计步骤如图1所示,可分为如下四步:①选择齿轮的材料及热处理,初选齿数;②按接触疲劳强度确定分度圆直径;③按弯曲疲劳强度确定模数;④对比两者计算结果再优选计算。其缺点是设计过程复杂,所需时间较长。

为了让学生更加直观地理解齿轮传动中的问题,此时利用机械设计软件的高阶应用模块,对齿轮副进行接触分析,齿面摩擦系数取为0.1。获得了齿面赫兹接触应力随转角的变化规律,如图2所示,可知在齿轮节圆附近的接触应力较大,此处亦是点蚀较易发生的位置。图3为小齿轮与大齿轮齿根弯曲应力变化曲线,在齿根附近随着齿轮直径的增大,其弯曲应力先增大后减小,同时也可确定各个齿轮的最大弯曲应力的大小和位置。图4可视化显示了小齿轮齿面应力分布云图,可见直齿轮接触为典型的线接触,节圆附近应力最大,这与直齿轮传动啮合规律相符。而且,软件还可以计算出齿面的接触温度,图5为齿面接触温度随转角变化图,温度分布在70～75℃,较为安全。另一与齿轮承载能力直接相关的参数油膜厚度变化规律如图6所示,可见最小油膜厚度位于啮入处,厚度约为0.25 μm。图4 小齿轮齿面应力分布云图


本文编号：3322741