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马可波罗 版权所有变速器主减速齿轮对有限元分析--《江西理工大学》2011年硕士论文
变速器主减速齿轮对有限元分析
【摘要】：变速器是汽车的重要部件,而处于常啮合状态的变速器主减速齿轮对,作为变速器的重要零件,它承受着汽车传动的全部扭矩。同时因为汽车频繁的换档和车速变化,造成变速器主减速齿轮对的寿命缩短。主减速齿轮价格昂贵,不可随意调换,制造精度比较高。而齿轮的承载能力主要受接触强度和弯曲强度的限制,因此,对主减速齿轮副的弯曲应力和接触应力进行科学的分析,就显得十分必要。
本文根据某企业提供的汽车手动变速器主减速齿轮对的结构及机械性能参数,实现了主减速斜齿轮的三维参数化精确建模。尽管很多研究人员在有关CAD/CAM/CAE软件上实现了“参数化”的斜齿轮建模,但这个“参数化”是在“事先手动参与”后的实现的“参数化”,并不是完全的全过程参数化。另外很多研究文献忽略了齿轮根部的精确造型,而这是进行轮齿根部弯曲强度有限元计算的重要前提。本文建立斜齿轮的完整的实用的数学模型,所谓“完整”,既包括渐开线齿廓,也包括过渡曲线齿廓;所谓“实用”,是指以齿厚中心线为对称轴建立了齿廓的数学模型,这有利于三维CAD建模。并基于APDL语言实现了斜齿轮的三维参数化精确建模。
本文对变速器在发动机最大输出扭矩(变速器最大输入扭矩)时,齿轮副的受载和约束情况进行了分析,重点介绍了渐开线斜齿轮啮合最恶加载线的定义,并根据此定义对变速器主减速齿轮副的最恶加载线进行了计算,利用最恶加载线对齿轮施加载荷。求解计算后,分别对主动和从动齿轮的弯曲应力分布状况进行了研究,得出齿轮中较危险弯曲应力的位置,在实际的齿轮设计中可以作为理论参考,同时在齿轮制造和热处理过程中可以对弯曲应力最大的地方考虑特殊处理,以增加齿轮的寿命和可靠性。传统计算公式与有限元法算的结果相比较,计算公式得到的弯曲应力值偏小些,说明工程中,按有限元法进行设计和校核,是偏安全的。用有限元分析结果对弯曲强度进行了校核,应力最大值比材料弹性许用应力小,得出齿轮弯曲强度储备较大。这与主减速齿轮实际使用中很少发生弯曲折断的结论是一致的。
本文为使齿轮副非线性接触分析的计算速度加快,结果更精确,对齿轮副啮合模型做简化,取大齿轮的四个齿和小齿轮的三个齿进行接触有限元分析。建立接触对(指定接触面和目标面、创建目标面和接触面单元、调整接触初始条件),计算在载荷和约束作用下的应力值,得出直观的齿轮副接触面上接触应力变化云图。从图分析知等效接触应力最大值为929.6 MPa,齿面接触应力成线形分布,即沿接触线分布,分布不均,两端靠近中间的位置接触应力相对较大,中间位置相对较小,最大的接触应力出现在节线附近靠近齿根处。分析得出的齿轮中较危险接触应力位置,在实际的齿轮设计中可以作为理论参考,同时在齿轮制造和热处理过程中可以对接触应力最大的地方考虑特殊处理,以增加齿轮的寿命和可靠性。与弯曲应力计算结果比较分析相似,计算公式得到的接触应力值偏小些,说明工程中,按有限元法进行设计和校核,是偏安全的。对接触强度进行了校核,其结果得到了合作企业的认可,精度较高。
综上所述,本文对MT21变速器主减速齿轮副的弯曲强度和接触强度进行了详尽的分析,掌握了该齿轮副应力分布,对强度进行了校核,分析结果经设计方认证,认为具有较高的精度。本文的研究工作为齿轮的结构优化、轮齿修形、多物理场耦合分析等奠定了基础。鉴于齿轮强度计算的复杂性,应当说本文的研究仍属于基础性的工作。在本文研究基础上,可以方便地进一步研究齿轮的结构优化、轮齿修形、多物理场祸合分析、概率设计(可靠性设计)等。
【关键词】：
【学位授予单位】：江西理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TH132.41【目录】：
Abstract6-10
第1章 绪论10-16
1.1 课题研究的意义10
1.2 国内外研究发展概况10-11
1.2.1 国外发展和研究现状10-11
1.2.2 国内发展和研究现状11
1.3 课题的来源11-13
1.4 课题主要研究目的13
1.5 课题主要研究内容13-15
1.5.1 有限元模型的建立14
1.5.2 齿轮对弯曲应力分析14
1.5.3 齿轮对接触分析14-15
1.6 本章小节15-16
第2章 有限元分析法16-25
2.1 有限元分析法介绍16-17
2.1.1 有限元法求解的步骤16-17
2.2 有限元静态分析法17
2.3 接触问题的有限元分析17-21
2.3.1 接触有限元法的基本思想18-19
2.3.2 弹性接触问题19-21
2.4 有限元 ANSYS 软件及现状21-24
2.4.1 ANSYS 简介21
2.4.2 ANSYS 的接触分析21-22
2.4.3 ANSYS 接触算法分析22-24
2.5 本章小结24-25
第3章 齿轮参数化建模25-37
3.1 引言25
3.2 基于APDL 参数化建模的必要性25-26
3.3 渐开线圆柱斜齿轮齿廓方程26-30
3.3.1 渐开线方程26-27
3.3.2 齿根过渡曲线方程27-29
3.3.3 螺旋线方程29-30
3.4 ANSYS 中齿轮建模过程30-32
3.5 齿轮实体模型的APDL 实现32-36
3.5.1 斜齿轮基本参数32-33
3.5.2 斜齿轮端面齿廓的 APDL 实现33-34
3.5.3 斜齿轮三维模型的 APDL 实现34-36
3.6 本章小结36-37
第4章 齿根应力分析37-46
4.1 引言37
4.2 建立有限元模型37-40
4.2.1 定义单元类型37-38
4.2.2 定义单元实常数、材料属性38
4.2.3 控制网格划分38-39
4.2.4 进行网格划分39-40
4.3 施加载荷和约束40-43
4.3.1 齿轮加载位置的确定40-42
4.3.2 载荷计算42
4.3.3 边界条件42-43
4.4 弯曲强度的分析结果与比较43-44
4.4.1 齿轮弯曲应力分布分析43-44
4.4.2 与齿轮齿根应力的经典计算比较44
4.4.3 弯曲强度校核44
4.5 本章小结44-46
第5章 接触应力分析46-54
5.1 引言46
5.2 建立接触模型并划分网格46-47
5.2.1 齿轮接触模型46
5.2.2 定义单元属性并划分网格46-47
5.3 建立接触对47-50
5.3.1 指定接触面和目标面47-48
5.3.2 创建目标面单元48
5.3.3 建立接触面单元48
5.3.4 设置实常数及单元关键字48-49
5.3.5 调整接触初始条件49-50
5.4 载荷步选项50
5.5 加载和边界条件的设置50-51
5.6 接触分析的结果比较51-53
5.6.1 齿轮接触应力分布分析51-52
5.6.2 与齿轮接触应力的经典计算比较52
5.6.3 接触强度校核52-53
5.7 本章小结53-54
第6章 总结54-56
6.1 总结54-55
6.2 展望55-56
附录 变速器主减速齿轮副接触分析命令流56-74
参考文献74-76
个人简历77-78
在学期间发表的学术论文与研究成果78
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式
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