航空发动机高速齿轮接触有限元分析

论文摘要

本文以航空发动机附件高速直齿圆柱齿轮为研究对象,用有限元分析软件ANSYS对齿轮副进行了静态和动态接触分析,考虑了摩擦对轮齿啮合的影响,并对齿轮副进行了模态分析,为系统的动态特性研究打下坚实的基础。利用二次开发工具UG/Open实现了渐开线齿轮的参数化设计。用Grip编写齿轮参数化设计程序,用MenuScript创建用户菜单,用UIStyler创建人机交互界面,用Visual C++调用API函数建立应用程序框架。在对话框中输入齿轮基本参数后,系统自动生成符合用户要求的齿轮模型,有效提高了设计效率。利用UG与ANSYS间良好的数据交换接口,将啮合模型导入ANSYS后划分网格生成有限元模型。运用完全牛顿-拉普森迭代算法对考虑摩擦的一对齿轮进行了接触应力的静力学求解,并将求得的结果与用赫兹接触理论计算得到的结果进行了对比分析,表明用有限元法求得的结果更精确。利用多体动力学分析的方法,通过定义刚性体和旋转单元,用完全法对齿轮进行了动态接触分析。对比分析了齿轮在不同转速下最大接触应力的变化趋势,结果表明齿轮在转动过程中,在轮齿进入啮合和退出啮合时产生啮合冲击,啮合冲击对系统的影响随着转速的提高而增大,而且啮入冲击比啮出冲击对系统的影响更大。利用Block Lanczos法对齿轮副进行了模态分析,提取了系统的低价固有频率和主振型,较好的研究了系统的固有特性。为了避免齿轮传动系统发生共振,激振力的频率应与系统的固有频率错开。

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 接触问题有限元法的发展和研究现状
• 1.3 齿轮接触应力研究现状
• 1.4 齿轮固有特性研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 齿轮参数化建模
• 2.1 引言
• 2.2 UG 二次开发工具介绍
• 2.2.1 UG/Open Grip
• 2.2.2 UG/Open API
• 2.2.3 UG/Open MenuScript
• 2.2.4 UG/Open UIStyler
• 2.3 齿轮参数化建模过程
• 2.3.1 用UG/Open Grip 编写齿轮参数化设计程序
• 2.3.2 用UG/Open MenuScript 创建用户菜单
• 2.3.3 用UG/Open UIStyler 创建人机交互界面
• 2.3.4 用Visual C++建立应用程序框架
• 2.4 本章小结
• 第3章 齿轮副静态接触分析
• 3.1 引言
• 3.2 赫兹接触理论
• 3.3 接触有限元分析
• 3.3.1 接触类型和接触方式
• 3.3.2 接触分析算法
• 3.3.3 网格划分的原则和方法
• 3.4 齿轮静态接触分析
• 3.4.1 建立有限元模型
• 3.4.2 创建接触对
• 3.4.3 施加边界条件与载荷
• 3.4.4 求解及后处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 齿轮副动态接触分析
• 4.1 引言
• 4.2 多体动力学仿真
• 4.3 瞬态动力学分析的方法
• 4.4 齿轮动态接触分析
• 4.4.1 建立有限元模型
• 4.4.2 创建接触对
• 4.4.3 定义刚性体和旋转单元
• 4.4.4 施加边界条件与载荷
• 4.4.5 求解及后处理
• 4.5 转速对接触应力的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 齿轮模态分析
• 5.1 引言
• 5.2 模态分析的理论基础
• 5.3 有限元法模态分析简介
• 5.3.1 模态提取方法
• 5.3.2 模态分析步骤
• 5.4 模态分析
• 5.4.1 建立有限元模型
• 5.4.2 模拟实体-实体装配
• 5.4.3 加载及求解
• 5.4.4 结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文