对数螺旋锥齿轮啮合仿真及强度计算研究

论文摘要

齿轮传动作为一种传统的传递运动和动力的形式，在现代工业中被广泛应用。齿轮的设计与制造技术不断向前发展。对数螺旋锥齿轮作为一种新型螺旋锥齿轮应运而生，有其独特的优点—沿齿向线上各点的螺旋角处处相等，该种新型齿轮传动可以有效地解决由于螺旋角不相等所带来的诸如传动不平稳、动力传递效率低等问题，为此有必要对该种新型齿轮在设计和啮合传动特性等方面做深入地研究。根据对数螺旋锥齿轮的几何特性，提出了一种新的建模方法，成功地构建了对数螺旋锥齿轮的啮合模型；在此基础上运用有限元ANSYS/LS-DYNA软件对该齿轮副模型进行三维实体啮合仿真分析，进一步研究新型齿轮副在连续啮合过程中的受载接触性能以及齿面接触应力和齿根应力的数值大小和云图分布情况；根据数值模拟的运算结果，对该齿轮进行强度计算研究，推导齿面接触应力和齿根弯曲应力公式。本文的研究工作主要有以下几方面：1、根据对数螺旋锥齿轮的啮合原理和设计理论部分建立的圆锥对数螺旋线方程，应用三维软件Pro/E创建对数螺旋锥齿轮的三维啮合模型。提出了一种新的建模方法，包括三个创新点：利用夹角为360。/2Z的两条圆锥对数螺旋线来确定齿廓曲线的空间位置，使渐开线得以精确定位；将盘绕在节锥曲面上的圆锥对数螺旋线作为扫引轨迹线，保证齿形的准确性；扫描混合截面建立在扫引线的法面内，使轮齿各点法面内的齿形均是标准齿形。2、在此基础上运用有限元ANSYS/LS-DYNA软件对该齿轮副模型进行三维实体啮合仿真分析，进一步研究新型齿轮副在连续啮合过程中的受载接触性能以及齿面接触应力和齿根应力的数值大小、应力云图分布以及变化规律，联系工程实际进行了深入研究，验证了该齿轮模型建立的正确性，从而可以快速地对设计做出评估和及早对设计进行更改，也可为齿轮的强度校核和工程实际应用提供理论依据。3、根据数值模拟的运算结果，进行齿轮强度计算研究。应用MATLAB软件，根据曲线拟合理论，编辑程序，研究应力与施加的工况条件及齿轮的基本参量之间的关系，推导出齿面接触应力和齿根弯曲应力公式。从数值模拟的角度出发，为齿轮强度计算开辟了新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题目的和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 对数螺旋锥齿轮相关曲线的特征及方程
• 2.1 对数螺旋线及方程
• 2.2 圆锥对数螺旋线特征及方程
• 3 对数螺旋锥齿轮啮合模型的建立
• 3.1 三维软件 Pro/E 的概述
• 3.2 轮坯的基本参数
• 3.3 创建对数螺旋锥齿轮的基本步骤
• 3.4 建模创新点
• 4 有限元的接触理论
• 4.1 有限元简介
• 4.2 有限元接触理论
• 4.3 ANSYS/LS-DYNA 程序系统简介
• 4.3.1 ANSYS 程序简介
• 4.3.2 LS-DYNA 动力软件系统简介
• 4.3.3 LS-DYNA 中接触问题处理方法
• 5 对数螺旋锥齿轮啮合仿真分析
• 5.1 对数螺旋锥齿轮模型进行前处理
• 5.2 仿真结果分析
• 5.2.1 施加边界条件
• 5.2.2 求解
• 5.2.3 结果分析
• 6 根据数值模拟的运算结果进行齿轮强度计算研究
• 6.1 目前齿轮强度计算的常用方法
• 6.2 两大应力计算的新思路
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢