【正文】 、泛函分析法等。隨著計(jì)算機(jī)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。 1908 年，威迪基 ()最先把 Hertz 公式應(yīng)用于直齒圓柱齒 輪的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算中，明確提出了齒面接觸應(yīng)力的概念，為以后的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算方法奠定了基礎(chǔ)。 齒面 接觸應(yīng)力研究現(xiàn)狀 為了進(jìn)行齒面接觸強(qiáng)度計(jì)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。在數(shù)值計(jì)算方法中最引人注目的是有限元法。齒輪彎曲應(yīng)力和變形計(jì)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(yàn)分析方法和數(shù)值方法 [3]。因此 ， 分析計(jì)算輪齒應(yīng)力與變形的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律具有重要的意義。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(jì)算漸開線齒輪齒根過渡曲線處的應(yīng)力，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)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。 齒輪輪體破壞是重載 機(jī)械 齒輪必須避免的一種破壞形式，為避免 由于 齒輪共振引起的輪體破壞，有必要對齒輪 進(jìn)行固有特性分析，通過調(diào)整齒輪的固有振動頻率使其共振轉(zhuǎn)速離開工作轉(zhuǎn)速。在履帶式拖拉機(jī)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 。根據(jù)齒輪工作特點(diǎn)，在傳遞功率和運(yùn)動過程中， 輪齒齒根產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，齒面產(chǎn)生接觸應(yīng)力，齒面間相對滑動摩擦而產(chǎn)生磨損。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。改善齒輪傳動性能，如提高承載能力、減輕重量、縮小外形尺寸、提高使用壽命和工作可靠性等，成為齒輪設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。 I 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(shí)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(jìn)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(qiáng)度理論及其計(jì)算 ................................................... 6 齒輪彎曲強(qiáng)度理論 ....................................................... 6 齒形系數(shù)的計(jì)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(jì)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(xiàng) .................................................. 19 計(jì)算求解及后處理 ...................................................... 19 有限元分析結(jié)果與赫茲公式計(jì)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(kuò)展模態(tài)和模態(tài)擴(kuò)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(diǎn) ........................................................ 31 本文缺陷及今后改進(jìn)的方向 .................................................. 32 參考文獻(xiàn) ....................................................................... 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(jī)變速箱齒輪。隨著履帶式拖拉機(jī) 性能和速度的提高，對變速箱齒輪也提出了更高的要求。 履帶式拖拉機(jī) 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。齒輪傳動失效主要發(fā)生在輪齒，主要失效形式有輪齒折斷、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和塑性變形等 [1]。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。 為了避免由于齒輪接觸疲勞而引發(fā)的 行駛 事故，造成不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，有必要對齒輪的齒面接觸應(yīng)力 和齒根彎曲應(yīng)力 進(jìn)行分析和評估，為變速箱齒輪傳動的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 齒輪彎曲應(yīng)力研究現(xiàn)狀 實(shí)驗(yàn)表明，齒輪的工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]。為了進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，分析齒根彎曲狀態(tài)，必須分析齒根的彎曲應(yīng)力。而 在漸開線齒輪過渡曲線處，輪齒形狀發(fā)生變化，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，會直接影響齒輪的壽命和承載能力。 隨著計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以有限元法為代表的數(shù)值計(jì)算方法為齒輪應(yīng)力和變形分析提供了一種方便、可靠的研究方法．目前齒輪工程中實(shí)用的數(shù)值解法主要有三種：有限差分法 (FDM)、邊界元法 （ BEM)和有限元法 (FEM)[3]。有限元法用于齒根應(yīng)力分析大約起始于二十世紀(jì)六十年代末、七 十年代初，此后迅速發(fā)展，國外不少研究人員如 Chabert、 Wilcox、戶部、 Chang、 Bibel基于 ANSYS 的齒輪模態(tài)分析 2 等都進(jìn)行過這方面的研究工作．因此，在用有限元方法對直齒輪的齒根應(yīng)力進(jìn)行分析時(shí)，都把它簡化為力學(xué)中的平面應(yīng)變問題。經(jīng)典的齒面接觸應(yīng)力計(jì)算公式是建立在彈性力學(xué)基礎(chǔ)上，而對于齒輪的接觸強(qiáng)度計(jì)算均以兩平行圓柱體對壓的赫茲公式為基礎(chǔ)。由于齒輪副嚙合齒面的幾何形狀十分復(fù)雜，采用上面的方法準(zhǔn)確計(jì)算輪齒應(yīng)力和載荷分配等問題非常困難甚至無法實(shí)現(xiàn)。數(shù)值解法可以求解復(fù)