齿轮的三维参数化建模及齿轮接触有限元分析

论文摘要

齿轮机构是各种机构中应用最为广泛的一种传动机构,齿轮设计与制造技术在一定程度上标志着一个国家的工业技术水平,因此开拓和发展齿轮技术具有重要的意义,但从零件的失效形式看,齿轮失效占总故障的60%以上,为了保证齿轮的承载能力及运转的可靠性,延长齿轮的使用寿命,要综合考虑影响齿轮强度的各个因素,并将其融入到齿轮的设计中去。本论文首先以三维软件Solidworks为平台,对变位直齿圆柱齿轮、变位斜齿圆柱齿轮、锥齿轮、内齿轮、齿条进行了参数化开发,详细地介绍了斜齿轮的参数化建模过程,根据渐开线齿轮啮合原理得到渐开线方程、齿根过渡曲线方程及螺旋线方程,将所建成的三维模型导入有限元分析软件中进行接触分析,分析其接触应力及变形。其次介绍了有限元接触理论,并将两圆柱体接触分析的结果与经典的赫兹理论的计算结果进行比较,以此来验证赫兹单元的有效性。最后,通过在有限元接触分析中设置不同的滑动摩擦系数,以此得出摩擦力对齿轮接触应力及啮合力的影响,并将其与理论推倒得出的轮齿接触应力进行对比,验证分析结果的准确性。将7个摩擦系数下的接触分析的结果进行比较可知：啮合力随摩擦系数的增大而减小,摩擦系数为0时啮合力最大,随着摩擦系数的增大,轮齿所传递的力将会逐渐降低,啮合力越大,摩擦系数的影响就越明显；就整个齿轮而言,轮齿的最大接触应力随摩擦系数的增大而增加。通过仿真结果及理论分析,在有限元分析中,应该选用较大的摩擦系数,以保证齿轮强度的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 三维CAD齿轮参数化设计系统的发展现状
• 1.2.1 CAD概述
• 1.2.2 三维CAD软件齿轮参数化设计情况
• 1.2.3 Solidworks软件齿轮建模方法
• 1.2.4 Solidworks软件齿轮建模方法比较
• 1.3 齿轮有限元分析国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 齿轮强度计算的研究概况
• 1.3.2 齿轮接触分析研究现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 Solidworks二次开发基本方法
• 2.1 Solidworks系统简介
• 2.2 Visual Basic 6.0语言简介
• 2.3 Solidworks二次开发简介
• 2.3.1 二次开发基本原理
• 2.3.2 Solidworks二次开发工具
• 2.3.3 二次开发的方法
• 2.3.4 二次开发的一般步骤
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于Solidworks的齿轮参数化建模
• 3.1 齿轮齿廓的精确建模
• 3.1.1 齿轮渐开线生成原理
• 3.1.2 齿轮齿根过渡曲线生成原理
• 3.2 Solidworks中渐开线齿廓建模方法
• 3.3 基于Solidworks的齿轮参数化建模软件开发
• 3.3.1 软件总体框架构造
• 3.3.2 软件运行环境与要求
• 3.3.3 齿轮的参数选择
• 3.3.4 齿轮参数化建模软件界面与功能
• 3.5 实例
• 3.5.1 斜齿轮的几何关系
• 3.5.2 斜齿轮的建模方法
• 3.6 本章小结
• 第4章 齿论接触理论及有限元分析方法
• 4.1 赫兹接触理论
• 4.2 接触分析有限元法
• 4.2.1 有限单元法
• 4.2.2 接触有限元分析
• 4.3 ANSYS有限元的接触分析
• 4.3.1 ANSYS Workbench的接触类型与特点
• 4.3.2 ANSYS Workbench的接触算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 斜齿圆柱齿论的有限元接触应力分析
• 5.1 两圆柱接触有限元分析
• 5.1.1 两圆柱接触的赫兹理论计算
• 5.1.2 两圆柱接触有限元计算
• 5.2 斜齿轮的接触分析
• 5.2.1 斜齿轮有限元模型的网格划分、接触对定义及边界条件
• 5.2.2 斜齿轮接触仿真计算结果及讨论
• 5.3 本章小结
• 第6章 考虑摩擦的斜齿轮接触分析
• 6.1 摩擦力作用下的齿轮接触应力计算
• 6.1.1 啮合斜齿轮端面受力分析
• 6.1.2 考虑摩擦的主动轮轮齿接触应力计算
• 6.2 考虑摩擦力的齿轮接触及其分析结果
• 6.2.1 摩擦力存在的齿轮接触分析结果
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢