论文部分内容阅读
齿轮传动作为工程中最为常见的传动形式,其强度设计和强度校核十分必要和重要。但由于影响齿轮强度的因素众多,齿轮强度计算衍变为一个涉及多学科的复杂工程问题。本文在研究有限元理论和接触问题算法的基础上,在ANSYS软件中基于APDL语言实现了渐开线斜齿轮“三维建模、网格剖分、载荷施加、求解计算”的全过程参数化,实现了CAD与CAE的一体化,极大地提高了工程设计效率。
本文实现了斜齿轮的三维参数化精确建模。尽管很多研究人员在有关CAD/CAM/CAE软件上实现了“参数化”的斜齿轮建模,但这个“参数化”是在“事先手动参与”后的实现的“参数化”,并不是完全的全过程参数化。另外很多研究文献忽略了齿轮根部的精确造型,而这是进行轮齿根部弯曲强度有限元计算的重要前提。本文建立斜齿轮的完整的实用的数学模型,所谓“完整”,既包括渐开线齿廓,也包括过渡曲线齿廓;所谓“实用”,是指以齿厚中心线为对称轴建立了齿廓的数学模型,这有利于三维CAD建模。并基于APDL语言实现了斜齿轮的三维参数化精确建模。
本文实现了斜齿轮的参数化三维建模与参数化有限元分析的集成,这必将提高工程设计的效率。很多研究人员是在有关CAD软件上得到斜齿轮的三维模型,然后再导入到有关的CAE软件上进行有限元分析。这样做一方面无法实现CAD/CAE的有效集成,另外很重要的一方面就是三维参数化模型导入到CAE软件中后,不再具备“参数化”特征,从而在CAE软件中无法对几何模型进行参数化控制,无法实现网格的参数化精确化剖分,无法实现复杂载荷和边界条件的精确施加与求解,无法实现参数化后处理,无法实现与Ansys数据库的适时交互,无法实现参数化有限元分析的全过程。
本文实现了斜齿轮轮齿齿根弯曲强度和齿面接触强度参数化有限元分析,相对于传统计算方法,过程简洁,结果更接近理论和实际。传统方法设计齿轮时需要查阅手册及大量的图表,并且整个过程有时需要大量的试算和反复,十分繁琐。而采用参数化的有限元法则比较简洁,只需将有关参数代入编写好的程序上就可以很快得到结果,计算精度同时也会在一定的范围内得到保证。在大量计算的基础上分析了模数、齿数、螺旋角、刀具齿顶圆角半径等参数对齿轮根部和齿面接触Von Mises应力的影响。本文的研究工作为齿轮的结构优化、轮齿修形、多物理场耦合分析、疲劳强度分析等奠定了基础。鉴于齿轮强度计算的复杂性,应当说本文的研究仍属于基础性的工作。在本文研究基础上,可以方便地进一步研究齿轮的结构优化、轮齿修形、多物理场耦合分析、疲劳强度分析、概率设计(可靠性设计)等。