基于ANSYS的行星齿轮系统参数化建模与模态分析研究

论文摘要

本文首先分析了渐开线直齿齿轮的齿廓和过渡曲线方程,利用ANSYS中的APDL语言建立行星齿轮系统的参数化有限元模型,主要包括太阳轮、行星轮、内齿圈。在参数文件中输入齿数、模数、行星轮个数等行星齿轮各参数即可以获得行星轮系的参数化模型。在建模的过程中,需要给行星轮、太阳轮、内齿圈进行正确装配定位,通过对行星轮的模型进行理论计算得出其自转角度,进而利用APDL命令使行星轮旋转以达到正确装配。其次,在轮系正确装配后利用节点耦合的方法模拟了行星齿轮系统中各齿轮间的啮合状态,即定义齿轮理论啮合点处的节点在公切线方向上的位移一致的关系。然后对有限元模型进行了动力学模态分析,得到行星轮系的固有频率和振型。并研究了模数、压力角和行星轮个数等参数对其模态的影响。最后,利用ANSYS中的UIDL语言开发了针对行星轮系参数化建模与模态分析的ANSYS界面。建立了行星轮系APDL分析程序的专用界面,通过在对话框中输入参数,确定后程序自动读入参数、调用分析程序并进行动力学模态分析计算。这种专用分析程序的开发为行星轮系的建模和模态分析提供了直观明了的界面,从而提高了设计和分析的效率,也为对其进行静力学、动力学瞬态分析打下坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景
• 1.2 齿轮动力学研究概况
• 1.2.1 齿轮系统动力学研究目标及内容
• 1.2.2 分析模型
• 1.2.3 求解方法
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 基于ANSYS 的行星轮系的参数化建模
• 2.1 引言
• 2.2 ANSYS 建模特点及方法
• 2.2.1 ANSYS 建模特点
• 2.2.2 APDL 参数化建模方法
• 2.3 基于APDL 语言的渐开线圆柱直齿齿轮的参数化建模
• 2.3.1 渐开线齿廓曲线方程
• 2.3.2 齿根过渡曲线方程
• 2.3.3 设置参数文件利用APDL 语言创建轮齿模型
• 2.4 基于APDL 语言的行星轮系的参数化完整建模
• 2.4.1 行星轮系中各轮齿数的确定
• 2.4.2 行星轮系的有限元模型中行星轮位置的确定
• 2.4.3 建立完整的行星轮系的参数化模型
• 第三章 基于有限元法的行星轮系的动力学模态分析
• 3.1 引言
• 3.2 有限元法基本原理及ANSYS 软件介绍
• 3.2.1 有限元法基本原理
• 3.2.2 ANSYS 计算主要特点
• 3.3 行星轮系的有限元模型的单元设置以及网格划分
• 3.4 行星轮系有限元模型中的自由度约束
• 3.4.1 行星轮系有限元模型的自由度约束
• 3.4.2 模型啮合齿轮间耦合关系的设定
• 3.5 行星轮系的有限元模型的动力学模态分析求解
• 3.5.1 设置求解的模态提取方法以及进行模态扩展计算
• 3.5.2 某行星轮系模态分析
• 3.6 行星轮系中主要参数对模态的影响
• 3.6.1 模数变化对模态的影响
• 3.6.2 齿轮压力角的变化对模态的影响
• 3.6.3 行星轮个数变化对模态的影响
• 第四章 行星轮系的参数化建模与模态分析程序设计
• 4.1 引言
• 4.2 行星齿轮系统参数化程序设计中的宏开发
• 4.3 行星轮系专用参数化建模及模态分析程序的设计
• 4.4 基于UIDL 语言的ANSYS 操作界面的二次开发
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文的主要工作和结论
• 5.2 需要进一步完成的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文