齿轮系统参数化建模与轮齿接触有限元分析

论文摘要

风电产业的迅速发展对风力发电机组运转的稳定性和可靠性提出了很高的要求,风电齿轮箱作为风电机组的核心部件,倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚,技术薄弱,特别是兆瓦级风电齿轮箱,主要依靠引进国外技术。因此,急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究,真正掌握风电齿轮箱设计制造技术,以实现风机国产化目标。本文以一对风电增速齿轮箱齿轮传动系统为研究对象,通过接触有限元分析深入研究了齿轮的接触应力,并为齿轮有误差装配条件下接触应力的求解提供了依据。首先,通过Automation Gateway插件实现了Visual Basic6.0对Pro/ENGINEER的二次开发,从而实现了齿轮类,轴类零件的参数化建模,可以快速得到所设计的零件。其次,利用Pro/ENGINEER的二次开发功能实现了二级平行轴齿轮传动系统的参数化装配技术,通过Visual Basic6.0的多窗口操作,对每个元件进行参数化,进入装配窗口进行装配,可以快速得到齿轮系统的装配图。然后,为了确定利用ANSYS进行有限元接触分析的合理参数设置及单元划分尺度,进行两个圆柱的Hertz接触分析,同时完成了对应状态的有限元接触分析,通过调整有限元相关设置参数,得到的接触分析结果与经典Hertz理论计算的结果基本一致,为利用有限元进行齿轮的接触应力分析奠定了基础。最后,将从Pro/ENGINEER得到的参数化无误差条件下装配齿轮,导入ANSYS中进行接触分析,得到接触应力的结果与两圆柱有限元分析的结果基本一致。为进一步分析齿轮存在制造装配误差啮合时的接触应力奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文研究的背景
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 齿轮接触应力研究现状
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 有限元理论与ANSYS接触分析
• 2.1 有限元理论
• 2.2 ANSYS有限元软件的接触分析
• 2.3 ANSYS的接触单元介绍
• 2.4 ANSYS的接触分析能力
• 2.5 接触分析的分类
• 2.6 本章小结
• 第3章 斜齿轮的参数化建模
• 3.1 Pro/ENGINEER二次开发简介
• 3.1.1 Pro/ENGINEER二次开发过程
• 3.1.2 微软Visual Basic 6.0语言介绍
• 3.2 三维实体模型参数化技术
• 3.3 斜齿轮参数化建模的实现
• 3.4 新模型的再生
• 3.5 风电齿轮箱二级平行轴系统的参数化装配
• 3.5.1 低速级齿轮装配
• 3.5.2 二级平行轴斜齿轮系统的参数化装配过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 有限元接触分析参数的确定
• 4.1 经典Hertz弹性接触理论
• 4.2 经典接触力学方法
• 4.3 两圆柱接触有限元计算
• 4.3.1 两圆柱接触的Hertz理论解
• 4.3.2 两圆柱接触有限元分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 直齿轮有限元接触分析
• 5.1 直齿轮有限元模型的建立
• 5.2 齿轮有限元模型的截取、网格划分、接触对定义及边界条件
• 5.3 齿轮接触仿真分析结果
• 5.4 轮齿接触应力与Hertz理论解的比较
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢