人字齒輪精確的參數(shù)化建模及有限元的分析設計(已修改)
2025-06-29 05:21 本頁面
【正文】 1 前 言參數(shù)化建模方法是指根據(jù)所需建模對象的拓撲結構的相同特征，用一組參數(shù)來控制模型的同時，在這組參數(shù)之間建立一定的數(shù)學關系式，使它們之間始終保持著相對的大小、位置或者約束條件。建模完成后，我們可以通過修改已定義過的一系列參數(shù)或者改變模型的某一些尺寸，來實現(xiàn)對于模型的驅動，從而可以實現(xiàn)對于產(chǎn)品系列化的動態(tài)設計[1]。目前大部分的三維造型軟件，在建造模型完成后，都可以修改尺寸約束，但是由于與先期建模時約束有關聯(lián)，因此若進行修改的話會引起連鎖反應而影響模型的構建，從而使得建模的工作量變得很大，但是參數(shù)化建模卻可以很好的解決這一問題，所以參數(shù)化建模得到了很大的應用[2]。目前，關于圓柱齒輪的參數(shù)化建模所做的研究已有很多，也取得了很大的成果。人字齒輪因其承載能力強，傳動平穩(wěn)性好等優(yōu)點被廣泛應用于重型機械行業(yè)[3]，但是，對于人字齒輪的參數(shù)化建模及有限元分析卻很少人進行研究。漸開線圓柱齒輪是現(xiàn)代機械的常用零件, 主要包括直齒輪、斜齒輪和人字齒輪[4]。 近些年來由于隨著數(shù)字化技術的逐漸發(fā)展, 因此基于三維造型軟件的齒輪參數(shù)化設計研究也變得日益廣泛和深入, 使得關于直齒輪、斜齒輪以及變位齒輪的造型方法等方面的研究也漸趨成熟[5]。關于直齒輪和斜齒輪的參數(shù)化建模及有限元分析，已經(jīng)有許多人做出了研究，但是人字齒輪作為應用較多的一種齒輪，關于人字齒輪的建模及有限元分析的研究卻很少，因此我選擇人字齒輪精確的參數(shù)化及有限元分析作為課題進行研究。 研究內(nèi)容 人字齒輪簡介人字齒輪可以看作是由兩個螺旋角相同但是旋轉方向相反的斜齒輪所組成的。它在工作時可以產(chǎn)生兩個大小相同方向相反的軸向力，這兩個軸向力可以相互抵消，因此不需要添加任何推力軸承來特意承受軸向力，可以使設計變得簡便。人字齒輪能夠采用相對較大的螺旋角（25176?！?0176。），這使得人字齒輪具有承載能力高，使用壽命長，可靠性高等顯著優(yōu)點[6]。因此，人字齒輪也被廣泛的應用于船舶、煤炭、水電等重型機械行業(yè)。但是人字齒輪因其結構特點使得加工比較困難，因此需要對人字齒輪進行參數(shù)化建模[711]。通過參數(shù)化建模來構造出人字齒輪的幾何模型，可以大大縮短人字齒輪的開發(fā)時間，為企業(yè)節(jié)省大量人力物力。 論文內(nèi)容具體安排論文的研究內(nèi)容及章節(jié)安排如下：(1)第一章 前言：闡明了本論文的研究背景和選題意義，介紹了國內(nèi)外相關領域的研究現(xiàn)狀。(2)第二章 理論基礎及軟件簡介：闡述齒輪漸開線的形成并對所選軟件進行簡要介紹。(3)第三章 人字齒輪的精確參數(shù)化建模：主要描述關于人字齒輪參數(shù)化模型的創(chuàng)建過程。(4)第四章 人字齒輪的有限元分析：主要描述人字齒輪在Ansys中的有限元分析過程及結果。(5)第六章 算例：以某二級人字齒輪減速器為例，進行參數(shù)化建模。(6)第六章 結論：總結本論文的主要內(nèi)容，并進行展望。2 理論基礎及軟件簡介 引言本章的主要內(nèi)容是介紹齒輪漸開線的形成原理以及對本文中所用的兩款軟件進行簡單介紹。 齒輪漸開線的形成及其數(shù)學關系 漸開線的形成，當一直線NK沿一圓周作純滾動時，直線上任意點K的軌跡AK就是該圓的漸開線。該圓稱為漸開線的基圓，它的半徑用表示；直線NK稱為漸開線的發(fā)生線；角稱為漸開線上K點的展角[8]。，設為漸開線的向徑。當此漸開線與其共軛齒廓在K點嚙合時，此齒廓在該點所受正壓力的方向(即法線方向)與該點的速度方向（沿aK方向）之間所夾的銳角，稱為漸開線在該點的壓力角。由△NoK可見 （21）又因故得由上式可知，展角是壓力角的函數(shù)，稱其為漸開線函數(shù)。用來表示，即 （22）由式（21）及式（22）可得漸開線的極坐標方程式為[9] 關于Pro/E目前，CAD/CAM系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，市面上主要流行的三維軟件有Solid Works、Solid Edge、Pro/e、UG、Catia等，但是Pro/e作為參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。Pro/e具有參數(shù)化設計、基于特征建模和單一數(shù)據(jù)庫三大優(yōu)點，因此具有很大的應用普遍性[10]。 關于ANSYSAnsys軟件是一個融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限
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