基于真实粗糙齿面的齿根弯曲应力的有限元分析

发布时间：2017-05-15 21:22

  本文关键词：基于真实粗糙齿面的齿根弯曲应力的有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在进行齿轮传动有限元分析时,大多基于两光滑齿面干接触的假设建立有限元模型,这与齿轮传动的实际工况有一定差异。首先,绝大多数齿轮传动都在润滑状态下工作；此外,轮齿齿面都是凹凸不平的。这样,轮齿接触载荷势必由润滑油膜和齿面粗糙峰的直接碰撞共同承担。因此,在分析齿轮弯曲疲劳应力时,应考虑润滑油膜与齿面粗糙度的综合影响。 本文首先利用粗糙度轮廓仪实测了试块表面粗糙度;接着,应用傅里叶变换获得了齿面粗糙度函数并将其叠加至油膜厚度方程中；然后,采用多重网格法等算法获得了粗糙齿面压力分布。另一方面,在Pro/E中进行齿轮参数化建模,并通过数据接口导入ANSYS中建立了有限元模型；之后,以粗糙齿面压力分布作为加载项,以三组中载齿轮传动为算例,分别求得了轮齿沿啮合线五个特殊点啮合时所对应的最大齿根弯曲应力。在此基础上,又以仅适用于光滑表面干接触的Hertz压力作为加载项,数值计算了三个算例的弯曲应力,并将上述两种加载方式的计算结果与按照现行齿轮强度设计理论算得的齿根弯曲应力值做了比较,获得了如下研究结论： 1.以粗糙齿面压力作为加载项所产生的齿根弯曲应力沿齿轮传动啮合线呈现先增大后减小之规律；除啮入点外,其他各特殊啮合点处齿根受压侧应力大于受拉侧；最大齿根弯曲应力出现在单齿啮合变双齿啮合的临界点。因此,在进行齿轮弯曲疲劳强度设计时,应以此特殊啮合点作为危险点进行设计校核。 2.以Hertz压力作为加载项所算得的最大齿根弯曲应力小于粗糙齿面压力作为加载项时的分析结果。 3.按照现行渐开线圆柱齿轮承载能力计算国家标准(GB3840-1997)所算出的最大齿根弯曲应力大于上述两种加载方式的计算结果。这说明按照现行设计理论进行齿轮弯曲疲劳强度设计与校核是偏安全的。 4.以粗糙齿面压力作为加载项建立的齿轮有限元模型考虑了粗糙度效应及润滑效应的综合影响,比较符合实际工况,计算结果较为准确,它对完善齿轮传动弯曲疲劳强度设计理论具有积极意义。 本文的创新之处是在探讨齿根疲劳应力时考虑了润滑油膜与齿面粗糙度的综合影响。 本文不足之处是有限元模型加载时的简化处理与轮齿接触区的真实压力分布仍有一定差异。
【关键词】：润滑油膜 实测粗糙度数据 齿根弯曲应力 有限元分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符号说明8-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 序言13
• 1.2 弹流润滑的数值计算13-16
• 1.2.1 直接迭代法13-14
• 1.2.2 逆解法14-15
• 1.2.3 牛顿法15
• 1.2.4 多重网格法15-16
• 1.3 齿轮强度的分析研究16-19
• 1.3.1 解析法17-18
• 1.3.2 试验分析法18
• 1.3.3 数值计算法18-19
• 1.4 齿面摩擦力对轮齿应力影响的研究19
• 1.5 轮齿应力的有限元分析19-20
• 1.6 本文研究内容及意义20-21
• 第二章 齿轮传动模型的建立及其基本方程的构建21-33
• 2.1 齿轮传动润滑模型的建立21-23
• 2.2 弹流润滑基本方程23-29
• 2.2.1 Reynolds 方程23-24
• 2.2.2 粘度方程24-25
• 2.2.3 油膜厚度方程25-27
• 2.2.4 密度方程27
• 2.2.5 载荷方程27-28
• 2.2.6 能量方程28
• 2.2.7 热传导方程28-29
• 2.3 基本方程的量纲—化29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 弹流润滑数值计算方法33-53
• 3.1 齿面压力分布33-41
• 3.1.1 多重网格法基本原理33-37
• 3.1.2 方程的离散37-38
• 3.1.3 基本方程的缺陷方程38-39
• 3.1.4 压力计算的松弛迭代39-41
• 3.2 齿面弹性变形的计算41-46
• 3.2.1 多重网格积分法的基本原理41-43
• 3.2.2 稀疏网格积分43-44
• 3.2.3 稠密网格修正44-45
• 3.2.4 多层网格的推广45-46
• 3.3 温度场计算46-51
• 3.3.1 划分网格46-47
• 3.3.2 逐列扫描法47-51
• 3.4 总体计算流程图51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 渐开线直齿圆柱齿轮参数化建模53-59
• 4.1 Pro/ENGINEER 软件简介53
• 4.2 齿轮参数化建模53-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 直齿圆柱齿轮传动有限元分析59-93
• 5.1 有限单元法概述59-61
• 5.2 有限元分析软件ANSYS简介61
• 5.3 齿轮有限元分析61-90
• 5.3.1 齿面粗糙度函数的构建62-65
• 5.3.2 粗糙齿面压力计算65-66
• 5.3.3 齿轮有限元模型的建立66-75
• 5.3.4 求解与后处理75-79
• 5.3.5 其他特殊啮合点的分析计算79-87
• 5.3.6 计算结果分析87-90
• 5.4 不同加载方式计算结果的对比分析90-92
• 5.5 本章小结92-93
• 第六章 研究结论与展望93-95
• 6.1 主要研究结论93-94
• 6.2 本项工作研究不足以及今后研究展望94-95
• 参考文献95-101
• 致谢101-103
• 攻读硕士学位期间发表的论文103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李秀莲,马景槐,韩致信;论齿间摩擦对齿根弯曲疲劳强度的影响[J];机床与液压;2003年05期

2 李秀莲;齿间摩擦力作用下的圆锥齿轮齿根弯曲疲劳强度的计算[J];机床与液压;2004年01期

3 张延化;王优强;;润滑油膜压力作用下齿轮应力有限元分析[J];机械设计与制造;2010年04期

4 赵云;王国安;徐武彬;蒙秋红;;齿根应力分析中加载方法的研究[J];机械设计与制造;2012年04期

5 宋新;陈计军;;基于精确模型的渐开线齿轮齿根弯曲应力分析[J];制造业自动化;2010年03期

6 陈胡兴,朱如鹏,孟祥战;基于ANSYS的双圆弧齿轮弯曲应力有限元分析[J];机械设计;2005年02期

7 王优强,苏海滨,宋开利,黄丙习;齿轮弹流润滑分析的简化算法[J];煤矿机械;2005年01期

8 黄平,温诗铸;多重网格法求解线接触弹流问题[J];清华大学学报(自然科学版);1992年05期

9 曲庆文;;齿轮传动的主动摩擦学设计方法[J];润滑与密封;2006年02期

10 汤中连;亓秀梅;高创宽;;齿面粗糙度对齿轮传动接触疲劳应力的影响[J];润滑与密封;2011年04期

  本文关键词：基于真实粗糙齿面的齿根弯曲应力的有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：368926