基于ANSYS的双圆弧齿轮静态接触有限元分析.docVIP

目 录 1、概述 1 1.1前言 1 1.2研究的背景、内容及意义 1 1.2.1本文研究的课题背景 1 1.4圆弧齿轮的使用与发展概况 3 1.5国外圆弧齿轮研究与应用概况 4 1.6国内圆弧齿轮的研究与应用 5 1.6.1发展概况 5 2、端面圆弧齿轮二维图的绘制方法 7 3、基于ANSYS的双圆弧齿轮静态接触有限元分析 11 3.1有限元介绍 11 3.2ANSYS介绍 11 3.3ANSYS软件提供的分析类型 12 3.4ANSYS接触分析模块简介 13 3.4.1一般的接触分类 13 3.4.2ANSYS接触能力 13 3.4.3执行接触分析 15 3.4.4接触分析的步骤 16 3.5双圆弧齿轮三维实体模型的建立 16 3.5.1定义单元类型和材料属性 16 3.6二维模型的建立 18 3.6.1对二维齿廓图进行网格划分 18 3.7三维模型网格划分 21 3.8接触分析的加载 27 3.9圆弧齿轮接触强度计算 30 4 结论 32 参考文献 33 致谢 35 外文翻译 36 1、概述 1.1前言 齿轮传动是现代各类机械传动装置中应用最广的一种基本传动形式。它是靠主动轮的轮齿依次推动从动轮的轮齿来传递运动和动力的，可以传递任意配备的平行轴、相交轴及相错轴之间的回转运动。因此齿轮传动技术成为机械工业的重要组成部分，在一定程度上标志着一个国家机械工业的水平。由于齿轮传动在机械行业乃至整个国民经济中的地位和作用，齿轮传动被公认为工业和工业化的象征。 齿轮传动的发展和生产的发展密切相关。在古代的齿轮传动中，由于齿轮传动的转速低、功率小，齿廓曲线采用最简单的直线。随着生产的发展，轮齿齿廓的选择就显得十分重要。 1765年，欧拉(Leonardo Euler)提出以渐开线作为轮齿齿廓曲线，这就是所谓的渐开线齿轮。渐开线齿轮由于中心距的可分性及制造、测量方便等许多优点，得到广泛应用，但也存在着如下缺点: （1）由于啮合面之间滑动速度的不一致，造成齿面的磨损、发热、传动不平稳性和效率低下，以及使用寿命的缩短等。 （2）渐开线齿轮是凸齿对凸齿的啮合传动，其相对曲率半径小，致使接触强度低，承载能力受到限制。 为了提高齿轮传动的承载能力和平稳性，以适应生产发展的要求，科学工作者们做出了巨大的努力，他们将渐开线齿轮凸面与凸面相接触，改变成凹形齿廓与凸形齿廓之间的啮合，从而增大了相对曲率半径，提高了接触强度。这种新型点啮合制的齿轮传动，被称之为圆弧齿轮传动。 1.2研究的背景、内容及意义 1.2.1本文研究的课题背景 圆弧齿轮具有承载能力高、跑合性能好、寿命长等优点, 在农业运输机械、石油化工、矿山、汽轮机、航空直升机等领域得到广泛应用，并在生产中发挥了巨大的作用。目前工业界使用的以及学术界研究的是单圆弧或双圆弧齿轮，即齿廓曲线由单个或两个圆弧组成。单圆弧齿轮单个齿在一个轴向齿距内同时最多只有一个啮合点，双圆弧齿轮较单圆弧齿廓齿轮传动相比多了一个啮合点，承载能力也提高了近一倍。 1.2.2本文研究的意义 齿轮机构作为传递运动和动力的装置在民用和国防工业中有着举足轻重的作用，特别是重量轻，体积小，传递功率大，躁声低，可靠性高，寿命长的齿轮传动对提升我国军用飞行器之档次意义重大。美国国家航空航天局（NASA—National Aeronautics and Space Administration）与美国陆军（US Army）的联合研究机构‘Lewis Research Center’长期资助齿轮方面的研究，一位名叫Faydor L. Litvin的专搞齿轮的教授（University of Illinois at Chicago）因此而硕果累累。他们的主要目的是为了提高和改善军用直升机驱动系统的性能,以适应现代战争的需要。这说明超级大国为了国防科技的领先十分重视齿轮的研究（设计理论，方法及加工手段）。一些发展中国家的大学研究人员也在齿轮的研究和工业应用方面投入了很大精力，作出了优秀的工作。 齿轮在装备制造业作为量大面广的基本传动元件，其研究主要集中在发明新的齿轮传动方式，发现新齿轮齿廓曲线，发明新的或改进现有的齿轮加工方法，改善已有齿轮齿廓的设计等。其中，提出新的齿轮齿廓曲线与啮合原理往往能使齿轮传动的综合性能产生质的变化。双圆弧齿廓曲线齿轮传动的发明既是一例，它在很多方面大大优于传统的渐开线齿轮传动，已经在冶金，化工，煤炭，造船，航空等领域发挥了巨大作用。 双圆弧齿廓曲线齿轮传动的主要优点在于：①相互啮合的两齿廓凹凸接触，HERTZ应力很小；②与单圆弧齿廓齿轮传动相比多了一个啮合点，理论上齿轮承载能力提高一倍；③抗点蚀，抗胶合，抗磨损能力强，传动效率高。 1.3圆弧齿轮发展简史 1922年，Vickers-Bostock