【正文】 效形式 ................................................................. 14 二、 設(shè)計準(zhǔn)則 ................................................................. 16 第二節(jié) 靜力學(xué)分析基礎(chǔ) ............................................................. 16 一、 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析簡介 ....................................................... 16 二、 AWE靜力學(xué)分析基本過程 .................................................... 17 第三節(jié) 三維齒輪模型接觸應(yīng)力分析 ................................................... 17 一、 模型的簡化 ............................................................... 17 二、 導(dǎo)入模型到 ANSYS并添加材料信息 ............................................ 18 三、 網(wǎng)格劃分 ................................................................. 19 四、 設(shè)置邊界條件 ............................................................. 21 五、 分析 求解 ................................................................. 24 六、 求解并觀察結(jié)果 ........................................................... 26 第四節(jié) 分析結(jié)果概述 ............................................................... 27 一、 總變形云圖 ............................................................... 27 二、 應(yīng)力奇異 ................................................................. 27 三、 齒根圓角半徑大小對齒根處應(yīng)力的影響 ....................................... 28 第五章 結(jié)論與展望 ..................................................................... 38 第一節(jié) 結(jié)論 ....................................................................... 38 第二節(jié) 展望 ....................................................................... 38 致謝 ..................................................................................... 39 參考文獻 ................................................................................. 39 8 第一章 緒論 引言 齒輪機構(gòu)是應(yīng)用較為廣泛的一種傳動機構(gòu)，齒輪齒條傳動作為齒輪傳動的特殊機構(gòu)，可以實現(xiàn)直線運動與圓周運動之間轉(zhuǎn)換，由于齒輪齒條傳動是線接觸機構(gòu)，其接觸應(yīng)力的大小對于齒輪齒條的使用平穩(wěn) 性和使用壽命有著重要影響。據(jù)統(tǒng)計，在各種機械故障中，齒輪失效就占總數(shù)的 6 0%以上，其齒面損壞又是齒輪失效的主要原因之一。 齒輪嚙合過程作為一種接觸行為 , 因涉及接觸狀態(tài)的改變而成為一個復(fù)雜的非線性問題。相對于理論分析 ,有限元法則具有直觀、準(zhǔn)確、快速方便等優(yōu)點。它是融結(jié)構(gòu)，熱，流體，電磁，聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用分析軟件。 由于其方便性、實用性和有效性 ， ANSYS 軟件在各個領(lǐng)域，特別是機械工程當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在數(shù)值計算方法中最引人注目的是有限元法。 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。 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)確計算輪齒應(yīng)力和載荷分配等問題非常困難甚至無法實現(xiàn)。數(shù)值解法可以求解復(fù)雜的齒面接觸問題，但不能給出一般性的函數(shù)關(guān)系。在所有這些方法中，有限元法的應(yīng)用最為廣泛，可以求解邊界條件、幾何形狀和載荷方式復(fù)雜的工程接觸問題。振動系統(tǒng)的固有特性，一般包括固有頻率和主振型，它是系統(tǒng)的動態(tài)特性之一，同時也可以作為其它動力學(xué)分析的起點，對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、動載荷的產(chǎn)生與傳遞以及系統(tǒng)振動的形式等都具有重要的影響。 然而，在齒輪的設(shè)計階段，往往很難得到齒輪固有特性的實驗數(shù)據(jù)，只能通過理論計算得到進行動力學(xué)分析的參數(shù)，目前最好的方法是有限元分析法。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認可和推廣。 Pro/E 第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工 程設(shè)計。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。 2． 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。 3． 單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)） Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不像 一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā) 生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。 ANSYS 概述 ANSYS 有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序， 目前，有限元法從它最初應(yīng)用的固體力學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)推廣到溫度場、流體場、電磁場、聲場等其他連續(xù)介質(zhì)領(lǐng)域。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。 ANSYS 的前處理模塊主要有兩部分內(nèi)容 ：實體建模和網(wǎng)格劃分。 后處理模塊 后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、 11 立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。 ANSYS 軟件提供的分析類型如下： 結(jié)構(gòu)靜力分析 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。 ANSYS 程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。 結(jié)構(gòu) 非線性分析 結(jié)構(gòu)非線性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或部件的響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。 動力學(xué)分析 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析研究結(jié)構(gòu)在動載荷作用的響應(yīng)（如位移、應(yīng)力、加速度等得時間歷程），以確定結(jié)構(gòu)的承載能力的動力特性等。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱傳遞的三種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。 電磁場分析 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。 流體動力學(xué)分析 ANSYS 流體單元能進行流體動力學(xué)分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 聲場分析 ANSYS 把聲學(xué)歸為流體， 程序的聲學(xué)功能用來研究在含有流體的介質(zhì)中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。 壓電分析 壓電效應(yīng)分析是一種結(jié)構(gòu)－電場耦合分析 ， 給壓電材料加 電壓會產(chǎn)生位移，反之使壓電材料振動則產(chǎn)生電壓 ， 一個典型的壓電分析的應(yīng)用是壓力換能器。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其它電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動