畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于ansys的齒輪靜力學(xué)分析及模態(tài)分析

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1、學(xué)號：2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于ANSYS的齒輪模態(tài)分析學(xué)院(系)：機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)年級：機(jī)制072班學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：合作指導(dǎo)教師：完成日期：2011-06--45-目錄第一章緒論-1-1.1課題的研究背景和意義-1-1.2齒輪彎曲應(yīng)力研究現(xiàn)狀-1-1.3齒面接觸應(yīng)力研究現(xiàn)狀-2-1.4齒輪固有特性研究現(xiàn)狀-2-1.5論文主要研究內(nèi)容-3-第二章齒輪三維實(shí)體建模-3-2.1三維建模軟件的選擇-3-2.2齒輪參數(shù)化建模的基本過程-4-2.3利用pro/e對齒輪進(jìn)行裝配-5-第

2、三章齒輪彎曲應(yīng)力有限元分析-6-3.1齒輪彎曲強(qiáng)度理論及其計(jì)算-6-3.1.1齒輪彎曲強(qiáng)度理論-6-3.1.2齒形系數(shù)的計(jì)算方法-7-3.2齒輪彎曲應(yīng)力的有限元分析-8-3.2.1選擇材料及網(wǎng)格單元劃分-8-3.2.2約束條件和施加載荷-8-3.2.3計(jì)算求解及后處理-9-3.3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-13-4.1經(jīng)典接觸力學(xué)方法-13-4.2接觸分析有限元法思想-14-4.3ANSYS有限元軟件的接觸分析-16-4.3.1ANSYS的接觸類型與接觸方式-16-4

3、.3.2ANSYS的接觸算法-16-4.4齒輪有限元接觸分析-17-4.4.1將Pro/E模型導(dǎo)入ANSYS軟件中-17-4.4.2定義單元屬性和網(wǎng)格劃分-17-4.4.3定義接觸對-18-4.4.4約束條件和施加載荷-18-4.4.5定義求解和載荷步選項(xiàng)-19-4.4.6計(jì)算求解及后處理-19-4.5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-22-5.1模態(tài)分析的必要性-22-5.2齒輪的固有振動分析-22-5.3模態(tài)分析理論基礎(chǔ)-22-5.4模態(tài)分析簡介-24-5.

4、4.1模態(tài)提取方法-24-5.4.2模態(tài)分析的步驟-25--45-5.5齒輪的模態(tài)分析-25-5.5.1將Pro/E模型導(dǎo)入ANSYS軟件中-25-5.5.2定義單元屬性和網(wǎng)格劃分-25-5.5.3加載及求解-26-5.5.4擴(kuò)展模態(tài)和模態(tài)擴(kuò)展求解-26-5.5.5查看結(jié)果和后處理-27-5.6ANSYS模態(tài)結(jié)果分析-28-第六章全文總結(jié)與展望-31-6.1全文總結(jié)-31-6.2本文分析方法的優(yōu)點(diǎn)-31-6.3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2GUI操作步驟

5、-41-致謝-45--45-緒論第一章緒論1.1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。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。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。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。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

6、磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和塑性變形等[1]。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。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。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。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

7、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。1.2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]。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。為了進(jìn)行齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算，分析齒根彎曲狀

8、態(tài)，必須分析齒根的彎曲應(yīng)力。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。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。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]。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（