汽车变速器齿轮的三维建模及接触应力分析研究

论文摘要

本文针对汽车变速器齿轮的实体建模和有限元分析进行研究,利用CATIA软件对齿轮三维实体进行建模,然后通过ANSYS通用有限元分析软件分析研究了齿轮接触应力问题。在CATIA环境中,利用参数化公式精确创建了渐开线圆柱斜齿轮的三维实体模型,在完成一个齿轮建模后,创建了相应的CATIA齿轮零件库,使得变速器各档齿轮只要根据要求改变相关参数就可以随时提取,随时使用,不必每次进行齿轮建模;并实现了啮合齿轮对在CATIA环境中的啮合装配。齿轮的参数化三维实体建模可以实现产品系列化设计,减少重复性工作,缩短研发周期,节约研发成本。利用ANSYS的数据接口,将CATIA环境下生成的斜齿轮接触几何模型完整、无缝地导入ANSYS分析软件中,将模型划分网格,对齿轮啮合区进行接触应力分析、求解,计算在载荷和约束作用下的应力值,得出直观的应力云图,并对模拟计算结果进行详细分析。在研究齿轮建模及接触应力分析基础上,以ANSYS软件为平台,利用APDL语言完成啮合齿轮接触分析的参数化设计,结合VC++编程工具,开发“齿轮建模和接触应力分析”的软件系统,利用该系统,用户可以在直接输入齿轮相关参数后自动完成建模和接触应力分析,直观地得到计算结果,实现了参数化与模块化的齿轮有限元接触分析,使复杂的齿轮三维建模和接触应力分析的设计工作变得简便、程序自动化,便于在齿轮设计和分析中灵活应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的学术背景及其理论与实际意义
• 1.2 国内外研究现状和分析
• 1.3 该课题主要研究内容
• 第2章 汽车变速器齿轮三维模型的建立
• 2.1 变速器母体齿轮三维模型的建立
• 2.1.1 CATIA 软件简介
• 2.1.2 圆柱齿轮渐开线的形成原理
• 2.1.3 齿轮模型的基本参数
• 2.1.4 齿轮的其它参数及理论计算公式
• 2.1.5 绘制齿轮轮齿端面的齿廓
• 2.1.6 绘制齿轮基圆的螺旋线
• 2.1.7 生成母体齿轮的三维模型
• 2.2 创建变速器渐开线圆柱齿轮零件库
• 2.2.1 创建零件库的基本原理
• 2.2.2 齿轮零件库的设计表格
• 2.2.3 生成圆柱齿轮零件库
• 2.3 啮合齿轮接触对模型的装配
• 2.3.1 导入预装配齿轮模型
• 2.3.2 装配啮合齿轮接触对的模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 啮合齿轮接触有限元分析
• 3.1 ANSYS 软件简介
• 3.2 CATIA 啮合齿轮装配模型导入 ANSYS 软件
• 3.3 变速器啮合齿轮对接触有限元分析
• 3.3.1 齿轮接触应力的计算公式
• 3.3.2 ANSYS 接触分析模块简介
• 3.3.3 单元类型和材料属性的定义
• 3.3.4 实体模型的网格划分
• 3.3.5 啮合齿轮接触对的定义
• 3.3.6 定义约束条件施加载荷
• 3.3.7 查看分析结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 渐开线齿轮接触分析软件系统的开发
• 4.1 参数化设计语言（APDL）介绍
• 4.2 参数化齿轮接触分析模型的建立
• 4.2.1 单个齿轮模型的建立
• 4.2.2 啮合齿轮对模型的建立
• 4.2.3 接触分析有限元模型APDL 实现
• 4.3 齿轮接触分析软件系统的开发
• 4.3.1 齿轮接触应力分析软件的开发
• 4.3.2 软件中各组成模块的功能介绍
• 4.4 参数化齿轮接触实例分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢