基于ansys汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前端齒輪的接觸應(yīng)力分析畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-資料下載頁(yè)
2025-07-02 11:12本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的。獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人。和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。水平，減少了試驗(yàn)次數(shù)，縮短了開發(fā)周期，正在成為設(shè)計(jì)計(jì)算的強(qiáng)有力工具。荷，提高齒輪強(qiáng)度分析計(jì)算的精度，為齒輪的設(shè)計(jì)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在PRO/E中，通過(guò)繪制漸開線的方法創(chuàng)建漸開線齒輪相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。極限的接觸點(diǎn)，再施加約束和載荷，分析這幾個(gè)極限情況下，齒輪嚙合的接觸應(yīng)力變化。實(shí)際上，滑動(dòng)的大。考慮到這些因素。算方法相比，顯示出有限元分析方法快速有效、降低成本的優(yōu)點(diǎn)。
【正文】 。 （ 2）在 Library of Element Types 對(duì)話框復(fù)選框中選擇 Structural Solid ， Tet 20node 187（選擇用于金屬材料分析的三維六面體等參元 SOLID187,該單元具有 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)，適用于帶中間節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜四面體結(jié)構(gòu)），如圖 33 所示 “單元類型列表”對(duì)話框 ，單擊【 OK】按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。 圖 33.“單元類型列表”對(duì)話框 定義材料性能參數(shù) （ 1）選擇 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models 命令，出現(xiàn) Define Material Model Behavior 對(duì)話框。 （ 2） 在 Material Models Available 一欄中依次單擊 Structural、 Linear、 Elastic、Isotropic 選項(xiàng)，出現(xiàn) Linear Isotropic Propeties for Material Number 1 對(duì)話框， 在 EX 輸入欄中輸入 ， 在 PRXY 輸入欄中輸入 查閱資料可知，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前端齒輪 采用合金鋼制造， 在本文中， 齒輪以 20CrMnTi為材料 ， 其它各零件均采用 45 號(hào) 鋼制造 ,故由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)前端齒輪 的材料的彈性模量與泊松比分別為 211GPa、 。 如圖 34 所示 “輸入材料彈性模量和泊松比”對(duì)話框 ，單擊【 OK】按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框。 27 圖 34. “輸入材料彈性模量和泊松比”對(duì)話框 網(wǎng)格劃分 (1) 選擇 Main Menu→ Preprocessor→ Meshing→ Mesh Tool→ Global→ Size 命令，彈出 Global Size 對(duì)話框，在 SIZE Element egde length 輸入欄中輸入 8，設(shè)置單元尺寸為 8， 如圖 35 所示 “定義單元尺寸”對(duì)話框 ，單擊【 OK】按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框 。 (2) 單擊【 Mesh】按鈕，彈出 Mesh Volumes 拾取菜單，在顯示窗口中選中大齒輪模型，單擊【 OK】按鈕，關(guān)閉該對(duì)話框，對(duì)大齒輪進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 圖 35. “定義單元尺寸”對(duì)話框 (3) 重復(fù)大齒輪網(wǎng)格劃分步驟，設(shè)置單元尺寸為 5， ANSYS 顯示窗口將顯示如圖 36所示兩個(gè)嚙合齒輪 模型網(wǎng) 格劃分結(jié)果顯示 。 28 圖36. 兩個(gè)嚙合齒輪 模型網(wǎng)格劃分結(jié)果顯示 對(duì)于給定的材料的單元類型，可對(duì)模型進(jìn)行劃分單元，并可以根據(jù)實(shí)際計(jì)算需要，設(shè)置網(wǎng)格劃分大小。采用 ANSYS 智能網(wǎng)格劃分技術(shù)，根據(jù)技算的需要，單元?jiǎng)澐值帽容^小，兩個(gè)齒輪共劃分了 25426 個(gè)單元， 43817 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 創(chuàng)建接觸對(duì) （ 1）選擇 Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Contact Pair 命令，彈出 Contact Manager 對(duì)話框。如圖 37 所示 圖 37.“ Contact Manager”對(duì)話框 （ 2）創(chuàng)建第一個(gè)接觸面 單擊左上角圖標(biāo)（ Contact Wizard），彈出 Contact Wizard 對(duì)話框，單擊對(duì)話框中的“ Areas”單選按鈕，指定接觸目標(biāo)表面為面，如圖 38 所示“添加接觸”對(duì)話框，然后單擊【 Pick Target】按鈕。 29 選擇具體目標(biāo)面，彈出 Select Area for Target 拾取菜單， 用鼠標(biāo)在屏幕上拾取齒輪嚙合的 第一個(gè) 接觸面 ， 如圖 39 所示， 單擊【 OK】按鈕，將其關(guān)閉。 圖 圖 顯示 （ 2）創(chuàng)建第二個(gè)接觸面 這時(shí)， Contact Wizard 對(duì)話框中【 next】按鈕將被激活，單擊【 next】按鈕進(jìn)入下一步，將彈出選中接觸面的對(duì)話框。 30 單擊對(duì)話框中的“ Areas”單選按鈕，指定接觸目標(biāo)表面為面，如圖 47 所示“添加接觸”對(duì)話框，然后單擊【 Pick Contact】按鈕， 如圖 310 所示。 選擇具體目標(biāo)面，彈出 Select Area for Target 拾取菜單， 如圖 311 所示，用鼠標(biāo)在屏幕上單擊拾取齒輪嚙合的第二個(gè)接觸面 ，單擊【 OK】按鈕，將其關(guān)閉。這時(shí)， Contact Wizard 對(duì)話框中【 next】按鈕將被激活，單擊【 next】按鈕進(jìn)入下一步，對(duì)接觸面屬性進(jìn)行設(shè)置。 圖 個(gè)接觸面第一個(gè)面對(duì)話框 圖 在對(duì)話框中單擊“ Include initial peration”按鈕，將其選中，使分析包括初始滲透，單擊 Material ID 下拉框中的 1，指定接觸材料屬性為定義的一號(hào)材料。在Coeffieient of Friction 中輸入 ，如圖 312 所示“設(shè)置接觸對(duì)屬性”對(duì)話框。單擊【 Optional setting】按鈕，對(duì)接觸對(duì)問(wèn)題的其它選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。 在對(duì)話框中的 Normal Penalty Stiffness 中輸入 ，指定接觸剛度處罰系數(shù)為 ，如圖 313 所示“ Contact Properties”對(duì)話框。 圖 圖 313. “ Contact Properties”對(duì)話框 31 如圖 314 所示，單擊對(duì)話框上的【 Fricition】按鈕，打開摩擦選項(xiàng)設(shè)置選項(xiàng)卡。單擊選項(xiàng)卡上 Stiffness matrix 下拉列表中的 Unsymmetric 選項(xiàng)，將其選中，指定接觸剛度為非對(duì)稱矩陣。單擊【 OK】按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。 單擊 312 所示定義接觸面性質(zhì)對(duì)話框?qū)υ?框中的【 Create】按鈕， ANSYS 軟件將根據(jù)前面的設(shè)置來(lái)創(chuàng)建接觸對(duì)。 （ 3）接觸對(duì)的生成 又回到 Add Contact Pair 對(duì)話框，如圖 314 所示，單擊【 Finish】按鈕，屏幕顯示如圖 315 所示的定義接觸對(duì)。 圖 圖 32 施加約束條件 和加載 面 — 面接觸的接觸對(duì)設(shè)置好后 ,給定求解的邊界條件 ,根據(jù)本模型的特點(diǎn) ,由于電動(dòng)機(jī)輸入的轉(zhuǎn)矩是通過(guò)電動(dòng)機(jī)的輸入軸輸入給小齒輪 ,再通過(guò)大小齒輪的接觸 ,從大齒輪輸出轉(zhuǎn)矩 ,這就需要在齒輪軸的中心輸入轉(zhuǎn)矩 ,控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng) ,應(yīng)該約束大小齒輪的中心軸的軸線上的所有節(jié)點(diǎn)的 Ux,Uy,Uz, ROTx 與 ROTy 方向的自由度 ,使兩個(gè)齒輪只能繞 z 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在小齒輪軸輸入轉(zhuǎn)矩 ,值為正 ,是指齒輪繞 z 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) ,反之為負(fù)。 由于 ANSYS 軟件中的 SOL ID 單元不具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度 ,因此無(wú)法施加轉(zhuǎn)矩。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)效果 ,可以采用在節(jié)點(diǎn)上施加切向力的方法 ,可以代替轉(zhuǎn)矩使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。首先 ,將總體坐標(biāo)系 (笛卡兒坐標(biāo) 系 )轉(zhuǎn)換為圓柱坐標(biāo)系 ,同時(shí)將所有的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到圓柱坐標(biāo)系下。然后選擇小齒輪中心孔處的所有節(jié)點(diǎn)施加約束和切向力 ,利用同樣的方法對(duì)大齒輪施加約束 ,則完成嚙合齒輪系統(tǒng)的邊界條件設(shè)置。 （ 1） 將坐標(biāo)系移動(dòng)到小齒輪（主動(dòng)輪）的中心軸線處 選擇 Utility Menu→ WorkPlane→ Offset WP to→ Keypoints 命令，彈出 Offset WP to Keypoints 對(duì)話框，選中齒輪底板的 關(guān)鍵 點(diǎn)，單擊 Offset WP to Keypoints 對(duì)話框上的【 OK】按鈕。 坐標(biāo)系移動(dòng)如圖 316 所示。 圖 由于該 關(guān)鍵 點(diǎn)與小齒輪（主動(dòng)輪）中心軸線的距離在建模時(shí)就已知，所以可以通過(guò)輸入具體數(shù)值來(lái)精確地將坐標(biāo)系移動(dòng)到小齒輪（主動(dòng)輪）的中心軸線處。 33 選擇 Utility Menu→ WorkPlane→ Offset WP by Increments→ 命令，彈出 Offset WP 對(duì)話框， 如圖 317 所示 ， 分別輸入 X 軸移動(dòng) 75， Y 軸移動(dòng) 65， Z 軸移動(dòng) 0， 單擊 Offset WP對(duì)話框上的【 OK】按鈕。坐標(biāo)系移動(dòng) 結(jié)果 如圖 318 所示。 圖 圖 34 (2)將 笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成圓柱體坐標(biāo)系 選 擇 Utility Menu→ WorkPlane→ Change Active CS to→ Global Cylindrical 命令 ，選擇Main Menu→ Preprocessor→ Modeling→ Move / Modify→ To Active CS 命令 ，彈出 Rotate Nodes into CS 窗口，如圖 318 所示，選中小齒輪（主動(dòng)輪）內(nèi)圈的節(jié)點(diǎn)， 單擊 Rotate Nodes into CS 對(duì)話框上的【 OK】按鈕 。 圖 318. Rotate Nodes into CS 對(duì)話框 （ 3）對(duì)小齒輪加約束
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