【正文】 作壽命與最大彎曲應(yīng)力值的六次方成反比，因此最大彎曲應(yīng)力略微減小，齒輪工作壽命即會大大 提高 [2]。齒輪主要失效特征是彎曲 應(yīng)力 作用造成輪齒的變形和折斷、接觸應(yīng)力作用而造成的表面疲勞剝落和摩擦作用而造成的磨損。 履帶式拖拉機 變速箱齒輪廣泛應(yīng)用的是圓柱齒輪和圓錐齒輪，其中大約 90%是直齒圓柱齒輪。 I 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目：基于 ANSYS的齒輪模態(tài)分析 II 目 錄 第一章 緒論 .................................................................... 1 課題的研究背景和意義 ....................................................... 1 齒輪彎曲應(yīng)力研究現(xiàn)狀 ....................................................... 1 齒面接觸應(yīng)力研究現(xiàn)狀 ....................................................... 2 齒輪固有特性研究現(xiàn)狀 ....................................................... 2 論文主要研究內(nèi)容 ........................................................... 3 第二章 齒輪三維實體建模 ....................................................... 3 三維建模軟件的選擇 ......................................................... 3 齒輪參數(shù)化建模的基本過程 ................................................... 4 利用 pro/e 對齒輪 進行裝配 ................................................... 5 第三章 齒輪彎曲應(yīng)力有限元分析 ................................................ 6 齒輪彎曲強度理論及其計算 ................................................... 6 齒輪彎曲強度理論 ....................................................... 6 齒形系數(shù)的計算方法 ..................................................... 7 齒輪彎曲應(yīng)力的有限元分析 ................................................... 8 選擇材料及網(wǎng)格單元劃分 ................................................. 8 約束條件和施加載荷 ..................................................... 8 計算求解及后處理 ....................................................... 9 齒輪彎曲應(yīng)力的結(jié)果對比 .................................................... 12 第四章 齒輪接觸應(yīng)力有限元分析 ............................................... 13 經(jīng)典接觸力學(xué)方法 .......................................................... 13 接觸 分析有限元法思想 ...................................................... 14 ANSYS 有限元軟件的接觸分析 ................................................ 16 ANSYS 的接觸類型與接觸方式 ............................................ 16 ANSYS 的接觸算法 ...................................................... 16 齒輪有限元接觸分析 ........................................................ 17 將 Pro/E 模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件中 ......................................... 17 定義單元屬性和網(wǎng)格劃分 ................................................ 17 定義接觸對 ............................................................ 18 約束條件和施加載荷 .................................................... 18 定義求解和載荷步選項 .................................................. 19 計算求解及后處理 ...................................................... 19 有限元分析結(jié)果與赫茲公式計算結(jié)果比較 ...................................... 21 第五章 齒輪模態(tài)的有限元分析 ................................................. 22 模態(tài)分析的必要性 .......................................................... 22 齒輪的固有振動分析 ........................................................ 22 模態(tài)分析理論基礎(chǔ) .......................................................... 22 模態(tài)分析簡介 .............................................................. 24 模態(tài)提取方法 .......................................................... 24 模態(tài)分析的步驟 ........................................................ 25 III 齒輪的模態(tài)分析 ............................................................ 25 將 Pro/E 模型導(dǎo)入 ANSYS 軟件中 ......................................... 25 定義單元屬性和網(wǎng)格劃分 ................................................ 25 加載及求解 ............................................................ 26 擴展模態(tài)和模態(tài)擴展求解 ................................................ 26 查看結(jié)果和后處理 ...................................................... 27 ANSYS 模態(tài)結(jié)果分析 ........................................................ 28 第六章 全文總結(jié)與展望 ........................................................ 31 全文總結(jié) .................................................................. 31 本文分析方法的優(yōu)點 ........................................................ 31 本文缺陷及今后改進的方向 .................................................. 32 參考文獻 ....................................................................... 33 附錄 1 外文翻譯 ............................................................... 34 附錄 2 GUI 操作步驟 ........................................................... 41 致 謝 .......................................................................... 45 緒論 1 第一章 緒論 課題的研究背景和意義 本文研究的 對象是履帶式拖拉機變速箱齒輪。變速箱齒輪 工作應(yīng)力很高 ，結(jié)構(gòu)上要求重量輕、 精度高 ， 并具有足夠 承載能力 和 可靠性。在履帶式拖拉機變速箱的維修中，失效齒輪有 80%以上是由 于 面接觸疲勞造成的 。齒輪的最大彎曲應(yīng)力往往出現(xiàn)在齒輪的齒根過渡曲線處，因此精確計算漸開線齒輪齒根過渡曲線處的應(yīng)力，進而合理設(shè)計過渡曲線，對延長齒輪工作壽命、提高齒輪承載能力至關(guān)重要。齒輪彎曲應(yīng)力和變形計算大致有四種方法，即材料力學(xué)方法、彈性力學(xué)方法、試驗分析方法和數(shù)值方法 [3]。 齒面 接觸應(yīng)力研究現(xiàn)狀 為了進行齒面接觸強度計算，分析齒面失效和潤滑狀態(tài)，必須分析齒面的接觸應(yīng)力。隨著計算機的普及，齒輪接觸問題的數(shù)值解法獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 Filiz 和Eyercioglu 采用有限元法，對在集中、分布和模擬接觸三種載荷形式下的三個輪齒模型進行了應(yīng)力分析。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，使激振力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率錯開，可以有效的避免共振的發(fā)生。馬紅采用有限元法分析了齒輪 軸承 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎扭耦合振動，討論了彎扭藕合對系統(tǒng)固有頻率、振型及穩(wěn)定性的影響。于英華等采用 Pro/E 軟件實現(xiàn)斜齒輪的參數(shù)化建模并利用 ANSYS 有限元軟件對斜齒輪進行模態(tài)分析，研究斜齒輪的固有振動特性，得到了斜齒輪的低階固有振動頻率和主振型。 接觸 應(yīng)力 分析 將 Pro/e 中的一對齒輪以 IGES 格式文件導(dǎo)入到 ANSYS 中生成有限元 模型并設(shè)置 合理的 接觸對，再施加約束和載荷，運用完全牛頓 拉普森迭代算法對考慮摩擦的齒輪進行接觸應(yīng)力的靜力學(xué)求解，并與傳統(tǒng)的計算方法進行對比驗證。雖然 ANSYS 本身具有建模 功能，但是其建模能力非常有限，只能處理一些相對簡單的模型。一個漸開線輪齒，其截面曲線是由齒頂圓、漸開線、齒根過渡曲線和齒根圓四部分組成。利用“工具”“參數(shù)”命令，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)，在以后的零件設(shè)計中，可直接調(diào)用這些參數(shù)，達到參數(shù)化設(shè)計的目的，這樣能有效的提高設(shè)計效率，避免重復(fù)性工作。 (2)創(chuàng)建一個漸開線齒廓曲線 利用“曲線”“從方程”命令，在記事本中輸入以下關(guān)系式，即可生成一個漸開線齒廓曲線。然后可以利用“拉伸 工 具”“去除材料”命令，創(chuàng)建齒輪輪轂和腹板等。從設(shè)計角度上極大地提高沒計者的工作效率，能更加快捷地參與到后續(xù)的有限元分析工作。 （ 2）裝配前的準(zhǔn)備 啟動 Pro／ E 之后，建立一個新文件，文件類型選擇為組件，子類型為實體，文件名為gear。 具體 裝配體 如 圖 26所示。當(dāng)彎曲載荷作用在拋物線梁的頂端時，該梁斷面上無論那個位置的最大應(yīng)力都是相等的，因此，可以把拋物線在齒形的內(nèi)切位置作為危險斷面，而在這個危險斷面的位置上考慮彎曲應(yīng)力。 有限元法與經(jīng)典的解析法不同。有限元法則從研究有限大小的單元力學(xué)特性著手，最后得到一組以節(jié)點位移為未知量的代數(shù)方程組。 選擇材料及網(wǎng)格單元劃分 首先打開軟件 ，改文件名為“ Bending stress”，并將標(biāo)題名改為“ Bending Anasys of a gear” ； 啟動 PRO/E，打開 gear1， .將文件保存 IGES 格式文件副本； 將