【正文】 拉伸。角，其余基本一樣，生成大齒輪如圖 所示。三維建模使用的是 POR/E 軟 件，對它進行了簡單介紹，同時對漸開線圓柱斜齒輪的漸開線和螺旋線進行了幾何分析，根據(jù)分析后的方程，利用 PRO/E 進行了三維齒輪建模，對建模的具體方程和步驟進行具體介紹。而劃分網(wǎng)格是 前處理的一個重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題比較多，需要的工作量也較大，所以有限元網(wǎng)格劃分直接影響計算的精度和計算規(guī)模。 ANSA 是一個高性能的有限元前處理軟件，它具有強大的網(wǎng)格劃分功能，支持結(jié)構(gòu)和流體網(wǎng)格。 ANSA 是一個開放的企業(yè)級 CAE 平臺，它集成了設計與分析所需要的各種工具，具有高度的開放性與靈活性。 ANSA 具有友好的用戶界面，與其他前處理軟件相比， ANSA 最大的優(yōu)勢是采用一級菜單，工具欄中幾乎包括了所有的按鈕，僅僅通過一兩次的點擊就可以完成大部分的目標操作，這樣大大提高了有限元前處理的效率。 多種求解器被直接集成在 ANSA 環(huán)境中，在 ANSA 界面中幾乎可以完成所有的分析工作，定義完成后只需要將文件用相應的求解器格式輸出，然后再導入到相應的求解器提交計算，而且不同的求解器之間可以進行協(xié)同工作。該單元可以接受不規(guī)則的形狀，并且不損失精度。其中自由網(wǎng)格劃分是自動化程度最高的網(wǎng)格劃分技術，它對所有劃分的模型沒有特殊要求，可以應用到任何模型的網(wǎng)格劃分。 映射網(wǎng)格劃分是對規(guī)整模型的一種網(wǎng)格劃分技術，它在面上生成四邊形網(wǎng)格，在體上生成六面體網(wǎng)格。應用自由網(wǎng)格劃分技術劃分網(wǎng)格省時省力，效率很高，但是它只能將體網(wǎng)格劃分成四面體網(wǎng)格，這樣造成有限元模型網(wǎng)格數(shù)量過大，降低了計算精度和速度，所以在體網(wǎng)格劃分時盡量不采用自由網(wǎng)格劃 錯誤 !未找到引用源。單元通過 20 個單元來定義，每個節(jié)點有 3 個自由度，并且具有塑性、蠕 變、應變強化、大變形和大應變等能力。我們常見的單元類型有 Solid4 Solid9 Solid9Solid18 Solid18 Solid187 等，它們的區(qū)別主要在于單元的節(jié)點數(shù)目不同、單元階次不同，另外在大變形的適應能力、沙漏控制、積分控制等方面也有差異。 對于 ANSA 中的很多功能鍵主要分為 TOP、 MESH、 DECK 三大類，分別用于幾何 模型的清理，模型網(wǎng)格的劃分以及求解工作的定義等多種不同的功能。 另外， ANSA 支持很多不同求解器的輸入、輸出格式。一般的其它很多有限元前處理軟件在讀取復雜的大規(guī)模模型數(shù)據(jù)時需要很長的時間，并且在很多情況下并不能夠成功導入模型，導致后續(xù)的 CAE 分析無法完成。最后，在 ANSA 軟件中對齒輪嚙合中的一對齒進行四邊形面網(wǎng)格和六面體體網(wǎng)格的劃分，建立接觸對和柱坐標系，以 cdb 形式輸出，以便于后續(xù)ANSYS 的處理。有限元分析各階段所用的時間為： 40%— 45%用于模型的前處理， 50%— 55%用于后處理，而分析計算只占 5%左右，因此，有限元分析的前后處理一直是有限元研究的重要方 錯誤 !未找到引用源。將裝配好的齒輪保存為 格式，以方便以后網(wǎng)格劃分的需要。 圖 完成后的漸開線齒廓輪齒 大齒輪三維建模 大齒輪的建模過程與小齒輪基本一致，只是在旋向上相反，這是由于兩個 錯誤 !未找到引用源。 圖 漸開線齒廓齒輪 創(chuàng)建軸孔和中心面 1）在工具欄下選擇“草繪工具”，彈出“草繪”對話框，選擇“草繪平面： FRONT,參照 :RIGHT,方向：右，草繪”，進入草繪界面。單擊“√”完成草 錯誤 !未找到引用源。選鏈 1對應的 X框，使其生成 X 矢量軌跡，從而輪齒截面的對稱面始終通過齒輪軸線。 基于 ANSYS的齒輪副靜強度分析 16 圖 掃描曲線草繪 創(chuàng)建螺旋線 在工具欄中選擇插入基準曲線，彈出“曲線選項 ” 菜單管理器，在“曲線選項”中依次選擇“從方程”→“完成”，彈出“曲線：從方程”對話框，坐標系在模型樹選擇PRT_CSYSDEF,坐標系類型選擇“圓柱”坐標系，在彈出的記事本上輸入螺旋線的方程如圖 所示，保存之后退出，生成的螺旋線如圖 所示。生成的實體如圖所示。 5）在工具欄中選擇基準平面工具，彈出“基準 平面”對話框，在模型樹選 A1 軸和 DTM1 面，輸入：“ 360/4z”，加關系，確定之后生成 DTM2 面。其中漸開線方程的創(chuàng) 建是齒輪創(chuàng)建過程中的一個難點，它的推導過程在前邊已經(jīng)做了詳細說明。 2）在主菜單下選擇“工具”→“參數(shù) ”，在彈出的“參數(shù)”對話框中選“ +”號八次，依次填入所需參數(shù)的名稱和數(shù)值，完成后的參數(shù)對話框如圖所示： 圖 “參數(shù)”對話框 3）在主菜單下選擇“工具”→“關系”，在彈出的“關系”對話框中輸入齒輪的分度圓直徑關系，齒頂圓直徑關系，齒根圓直徑關系，基圓直徑關系。 則： ta n tarv Dv v L?? ??? （ 24） 為了進行參數(shù)化建模，推導出螺旋線圓柱坐標的參數(shù)化方程，對于分度圓直徑為 D，齒輪厚度為 B 的斜齒圓柱齒輪，設其螺旋線在圓柱底面的投影張角為 錯誤 !未找到引用源。 三個速度矢量兩兩垂直。 為徑向速度矢量，方向指向中心軸，位于垂直中心軸的平面內(nèi)。 ，如圖 所示。（ r為基圓半徑， ang 圖示角度） 圖 漸開線示意圖 對于 Pro/E 關系式，系統(tǒng)存在著一個變量 t， t 的變化范圍是 0～ （ x1,y1）建立（ x,y）的坐標，就可得到漸開線方程，如式 21。該圓為漸開線的基 圓，它的半徑用 錯誤 !未找到引用源。 ) 分度圓 螺旋角 ( 錯誤 ! 未找到引用源。 Pro/E 作為當今世界機械 CAD/CAE/CAM領域的新標 準而得到業(yè)界的認可和推廣 ， 是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置。充分利用 CAD 系統(tǒng)的設計功能完成特征的幾何模型，這樣可以減少 CAE 前處理階段建立幾何模型的繁重工作，也就是將傳統(tǒng) CAE 的前處理過程交給 CAD 系統(tǒng)來完成， CAE 系統(tǒng)只負責提供各種分析問題的求解器。 (3)將網(wǎng)格模型導入 ANSYS 軟件，正確施加載荷、設置約束和計算參數(shù)，得出計算結(jié)果。 論文主要研究內(nèi)容 近年來，有限元方法在研究傳動零部件的強度計算方法中得到了廣泛應用，與傳統(tǒng)的解析法相比，該方法更為直接、精確。它們的共同特點是具有高效的非線性求解器、豐富而實用的非線性材料庫。雖然可以自動生成四面體網(wǎng)格，但它的求解時間、計算精度、收斂速度等方面還是存在很多問題。 （ 2）更強大的網(wǎng)格處理能力。 (1) 與 CAD 軟件的無縫集成。 有限元方法的發(fā)展趨勢 目前，有限元分析結(jié)構(gòu)不僅僅局限于零部件的分析，更趨向于分析系統(tǒng)。 已出現(xiàn)多種 新單元 （先后有等參元、高次元、不協(xié)調(diào)元、擬協(xié)調(diào)元、雜交元、樣條元、邊界元、罰單元，還有半解析的有限條等不同單元）和 求解方法 （如半帶寬與變帶基于 ANSYS 的齒輪副靜強度分析 6 寬消去法、超矩陣法、波前法、子結(jié)構(gòu)法、子空間迭代法等）。 四十年來，有限單元法蓬勃發(fā)展，不僅已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)分析中必不可少的工具，而且成為現(xiàn)象分析的一種手段。 Zienkiewicz 認為，難以確定有限元法的起源及發(fā)明它的準確時間。 從 20 世紀 60 年代后期開始，進一步利用加權余量法，主要是伽遼金 (Galerkin)法，來確定單元特性和建立有限元求解方程，使之應用于已 知問題的微分方程和邊界條件、但變分的泛函尚未找到或者根本不存在的情況，進一步擴大了有限元法的應用領域。與矩陣法相同，每一單元的特性用單元剛度矩陣來表示；所不同的是，矩陣法分析中每一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力 與位移之間的關系是精確推導出來的，而有限單元法的解則是利用每一單元中近似的位移函數(shù)。對于計算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設計準則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復計算?？傃b是在相鄰單元節(jié)點之間進行，狀態(tài)變量及其導數(shù)連續(xù)性建立在節(jié)點處。 3）確定形態(tài)變量和控制方法：一般一個具體的物理問題可以用一組包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為泛函形式。 有限元分析（ Finite Element Analysis， FEA）是 利用數(shù)學近似的方法對真實物理系 統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬 ， 用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng) 。 利用有限元法分析齒輪間接觸問題 近幾十年來，計算機的廣泛使用為有限元法在工程技術上的應用開辟了廣闊的前景。 — 彈性系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 由漸開線的性質(zhì)可知，漸開線的曲率是不斷變化的，因此，一對齒廓接觸點的曲率半徑 錯誤 !未找到引用源。 — 2 圓柱體材料的泊松比 錯誤 !未找到引用源。 。 點蝕 疲勞折斷 過度磨損 塑性變形 圖 因此，科學準確的預測出齒輪的疲勞壽命和開展齒輪疲勞分析及研究，可對齒輪的適時維護和更換提供理論指導，對于提高工作效率，保證安全生產(chǎn)，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，都具有重要的意義。折斷有兩種情況：一是輪齒受足夠大的突然載荷沖擊作用導致發(fā)生斷裂；二是受多次重復載荷的作用，齒根受拉面的最大應力區(qū)出現(xiàn)疲勞裂縫，裂縫逐漸擴展到一定深度，輪齒突然折斷。 齒輪疲勞是指結(jié)構(gòu)在承載低于其極限載荷力的工作載荷反復作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象，失效形式主要為輪齒疲勞斷裂。而裂縫中充滿了潤滑油，嚙合時由于齒面互相擠壓，裂縫中油壓升高，使裂縫繼續(xù)擴展，最后導致齒面表層一塊塊剝落，齒面出現(xiàn)大量扇形小麻點，此即齒面點蝕。 。 從齒輪傳動裝置形式來說，有開式、半開式及閉式之分；從齒輪的使用情況來說，有低速、高速和輕載、重載之分；由于齒輪材料的性能及熱 處理工藝的不同，輪齒有較脆齒輪或較韌齒輪，按齒面硬度分有硬齒面齒輪和軟齒面齒輪等。改善齒輪傳動的靜態(tài)和動態(tài) 性能，增強承載能力和可靠性，準確測定輪齒的載荷分布、嚙合剛度以及齒面變形與應力是傳動設計中的一個重要部分。 Finite element。這種有限元方法相對于傳統(tǒng)計算方法，過程簡潔，可以獲得整個齒面上的應力分布狀態(tài)，結(jié)果更接近理論實際。 論文的主要內(nèi)容可概括如下： 基于應用廣泛的 CAD/CAM/CAE集成化軟件 Pro/ENGINEER，利用特征的三維參數(shù)化建模，將特征和參數(shù)化設計結(jié)合起來，根據(jù)斜齒輪的特點建立斜齒輪的三維幾何模型。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設計）過程 學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）質(zhì)量 論文（設計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設計）水平 論文（設計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設計）質(zhì)量 論文（設計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格