毕业论文：基于ANSYS的齿轮应力有限元分析.doc文档24页全文免费阅读

没有提供直接生成曲线的功能，但各种公式曲线都可以用的样条曲线功能和其自带的语言二次开发工具之建立参数交换界面以实现有关参数的交互操作，进而最终实现对齿轮的渐开线曲面进行建模。

作为的初学者，在老师的帮助和知道下本人大胆尝试采用参数化语言编写了齿轮渐开线生成的命令流。

操作生成所有齿槽。

由面生成体的个完整的建模过程。

对于其中的些具体定义操作，还提供了直接定义拉伸扫描旋转复制等操作特征以供选用。

在环境下，圆柱齿轮实体建模可用以下种方法之实现。

在工作坐标系内，根据齿轮的已知参数生成齿坯，以齿坯端面及其中心为基准定义新的坐标系，在新定义坐标系内生成齿槽轮廓切割实体，再根据齿槽的圆选择网格类型划分网格定义边界条件加载创建齿轮模型定义材料属性单元类型做结构静态分析获取应力分布拾取应变值仿真分析结束仿真结束改变实体参数周阵列特征划分网格定义边界条件加载创建齿轮模型定义材料属性单元类型做结构静态分析获取应力分布拾取应变值仿真分析结束仿真结束改变实体参数周阵列特征旋转阵列齿槽轮廓切割实体，然后运用布尔减法在工作坐标系内，根据齿轮的已知参数生成齿坯，以齿在环境下，圆柱齿轮实体建模可用以下种方法之实现。

部分内容简介等布尔运算生成所需的几何体。

‚自底向上的建模法‛就是在确定的坐标系下，依次定义点线面，最后由面生成体的个完整的建模过程。

对于其中的些具体定义操作，还提供了直接定义拉伸扫描旋转复制等操作特征以供选用。

在环境下，圆柱齿轮实体建模可用以下种方法之实现。

在工作坐标系内，根据齿轮的已知参数生成齿坯，以齿坯端面及其中心为基准定义新的坐标系，在新定义坐标系内生成齿槽轮廓切割实体，再根据齿槽的圆选择网格类型划分网格定义边界条件加载创建齿轮模型定义材料属性单元类型做结构静态分析获取应力分布拾取应变值仿真分析结束仿真结束改变实体参数周阵列特征旋转阵列齿槽轮廓切割实体，然后运用布尔减法操作生成所有齿槽。

根据已知参数生成个完整的轮齿端面平面实体和轮毂实体，再拉伸生成个轮齿实体，然后经过旋转复制实体融合或者布尔运算操作生成个齿轮实体。

根据已知参数生成包含个完整的轮齿含齿廓齿槽和轮毂的扇形实体，再经过旋转复制实体融合等系列操作完成。

直齿轮建模要求描述问题描述两齿轮材料均为号钢，弹性模量为，泊松比为，给定齿轮的基本参数见下表。

模数压力角大齿轮齿数大齿轮齿数齿宽有机械原理参考文献的基本知识，可以确定大小齿轮的些基本参数，例如齿根圆，基圆，齿顶圆，分度圆等的基本参数。

为了使论文看起来更有层次，这些基本参数请参阅附录渐开线的生成原理在中进行几何建模，首先需要定义坐标系。

提供了直角坐标极坐标球坐标种坐标系可供选用。

鉴于渐开线在极坐标中具有最简单的方程形式便于几何建模，故在中，首先定义局部极坐标系为工作坐标系，直齿轮的齿廓曲面是渐开线曲面，所以建模的关键在于如何确定精确地渐开线，建立如图所示坐标系渐开线的曲线方程为式中渐开线上各点压力角弧度渐开线的基圆半径渐开线上个各点的展角创建渐开线曲线在生成齿轮模型的过程中，齿廓曲线主要指轮齿渐开线及齿根过渡曲线的生成是最困难的，但又是最重要的环节特别在有限元分析的时侯，轮齿曲线的准确度直接影响到有限元分析的正确性和可信度。

没有提供直接生成曲线的功能，但各种公式曲线都可以用的样条曲线功能和其自带的语言二次开发工具之建立参数交换界面以实现有关参数的交互操作，进而最终实现对齿轮的渐开线曲面进行建模。

作为的初学者，在老师的帮助和知道下本人大胆尝试采用参数化语言编写了齿轮渐开线生成的命令流。

生成小齿轮的命令流如下所示，结束指令清除命令，齿轮模数，小齿轮齿数，定义，定义小齿轮的压力角，定义齿顶高系数，定义顶隙系数，定义分度圆直径角度转化为弧度，定义基圆直径，定义基圆半径，定义齿根圆直径，定义齿根圆半径，定义齿顶圆直径，定义齿顶圆半径，定义齿根处的压力角，定义齿顶处的压力角，定义数组，定义数组，定义数组改变当前坐标系为柱坐标系进入前处理器生成关键点，进入循环生成其他关键点，定义压力角定义展角生成关键点，生成样条曲线生成最后个关键点，生成样条曲线渐开线的生成采用命令流，直接生成多条样条曲线。

单击，弹出个对话框单击按钮，直接将生成的所有样条曲线融合为条曲线，这就是小齿轮的渐开线如图所示。

图渐开线的关键点图渐开线齿根过渡曲线生成原理齿根过渡曲线方程远比渐开线方程复杂，在确定其方程时，不仅需要知道齿轮的工作参数，还需要知道加工刀具齿顶形状等系列参数，作为的初学者，考虑到编写命令流的困难，对于齿根过度圆弧半径的控制借鉴经验取为代表模数。

在图形操作模式下，使用线的分割倒圆角命令等，生成小齿轮的相对精确的齿廓线如图所示。

图齿根圆弧与渐开线相交图精确地小齿轮轮廓线创建齿廓特征选择应用命令菜单中的，查看各种应力图或者应变图。

选择即可显示如图所示，从图中可以看出最大等效应力为。

选择即可查看接触点处的应力和最大应变。

图齿轮接触等效应力图齿轮接触点处的应力理论分析齿轮接触应力公式已有百多面的历史，在齿轮传动，齿面弹性流体动压润滑等方面都有广泛的应用。

对于对刚性直齿轮，按赫兹公式计算齿轮接触应力，见下式在中计算出的小齿轮的最大应力接近于两只相差不超过，误差范围在允许的范围之内。

齿根弯曲应力分析建立齿轮模型以小齿轮为研究对象，按照前面所述的建立齿轮模型的方法建立小齿轮单个齿的平面模型如图划分网格在单元库中选择两齿轮的实体单元，因为为四边形单元，有四个节点，相对于三角形单元而言，计算精度更高，没有三角形那样刚硬，对于带中间节点的四边形而言，节点数更少，节约计算时间，而精度下降不大。

定义材料属性中弹性模量，泊松比模型网格划分后的形状图图齿轮单个齿模型图划分网格获得单个齿施加载荷和约束在小齿轮的齿顶处施加法向力，由于法向力无法在图中直接表示出来，故应将法向力分解为在图示坐标系中的方向和方向的力，力的大小有计算可知固定齿轮的内圆弧上的所有方向位移，和两条斜线上的所有位移。

如图所示求解单击，求解完毕之后，会弹出的对话框，至此齿轮齿根应力的求解已经结束。

后处理单击查看应力如图所示，或者单击选择查看应变如图所示。

以获得最大应力或最大应变值。

确定齿轮应力集中的地方，即齿轮轮齿易发生折断的地方，在此处进行系列的改进，以提高齿轮的寿命，降低成本，更好的用知识服务社会。

图施加约束和载荷图方向上的应力图图方向上的应力图齿轮轮齿发生的应变仿真分析与理论结果对比单击，可以看出各个方向上的齿根应力分布如图所示。

齿根应力为方向上为。

按照齿根应力公式计算求的齿根应力为，与仿真分析结果相差在误差范围值内。

结论本文通过对直齿轮的精确建模，进而进行接触应力和齿根弯曲应力分析，得出如下结论通过应力云图可以看出齿轮在接触点处和齿根处属于应力集中，最容易发生破坏。

齿根应力和接触应力与理论分析结果基本致。

从而也证明了在中进行应力应变分析的正确性，从而可以大大减少试验费用，降低成本，为齿轮的优化设计和可靠性设计打下坚实的的基础，进而可以优化齿轮结构齿形和齿廓，或者优化齿轮材料和工艺，最终实现齿轮结构材料和工艺的创新设计。

参考文献濮良贵，纪名刚，机械设计，高等教育出版社，孙桓，陈作模，机械原理，高等教育出版社，孙波，毕业设计宝典，西安电子科技大学出版社，张波，盛太和，有限元数值分析原理与工程应用，清华大学出版社博弈创作室，经典产品高级分析技术与实例详解，中国水利水电出版社，张方瑞，应用基础与实例教程，电子工业出版社，电子工业出版社，陈精，工程分析实例教程，中国铁道出版社，段进，倪栋，王国业，结构分析从入门到精通，著，电子工业出版社，张朝晖，结构分析工程应用实例解析，第二版，机械工业出版社，张洪信，赵清海，有限元分析完全自学手册，机械工业出版社，程燕，鲍务均武汉大学动力与机械学院，齿轮参数化建模及其有限元分析，起重运输动力机械，雷镭，武宝林，谢新兵天津工业大学机械电子学院，基于有限元软件的直齿轮接触应力分析，机械传动，姚英姿，邓召义，莫云辉上海大学机械电子工程学院，齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析，现代机械，唐进元周长江，吴云新中南大学，重庆大学，齿轮弯曲强度有限元分析精确建模，机械科学与技术，周长江，唐进元，钟志华，吕文利湖南大学，中南大学，齿轮有限元精确建模中边界界定的研究，中国机械工程，李常义卢耀辉，周继伟国防科技大学，航空工业总公司中南传动机械厂技术中心，国防科大机械加工中心，的渐开线圆柱齿轮参数化造型与有限元建模分析技术，机械传动，张永栋，谢小鹏，廖钱生，国丽，冯伟华南理工大学机械与汽车工程学院，基于有限元分析方法的齿轮接触仿真分析，润滑与密封，王玉新，柳杨，王仪明，朱殿华天津大学机械工程学院，渐开线支持圆柱齿轮齿根应力的有限元分析，机械设计，夏巨湛，陈霞华中科技大学直齿圆锥齿轮的精确建模及其接触应力的有限元分析，轻工机械，于华波，高奇帅，柳东威哈尔滨工业大学，基于的齿轮渐开线齿轮的齿根应力分析，机械设计与制造，胡立峰，朱如鹏南京航空航天大学，基于的直齿圆柱行星齿轮系的模态分析，机械工程师，附录大齿轮渐开线生成的命令流，大小齿轮的基本参数表表大齿轮基本参数模数齿数分度圆压力角分度圆直径齿顶高系数顶隙系数齿顶高齿根高齿全高基圆直径齿距齿厚表二小齿轮的基本参数模数齿数分度圆压力角分度圆直径齿顶高系数顶隙系数齿顶高齿根高齿全高基圆直径齿距齿厚标准中心距齿厚谢辞在这个我的四年求学生涯即将结束的日子，在我的毕业论文即将完成的时刻，我想这片谢辞或许能够表达我的现在最真实的感