现代设计方法三级项目报告斜齿轮的优化设计与有限元分析
姓名：
课程名称：现代设计方法
指导教师：
-------------------------------------------------------来自燕大
2013年5月
目录
1 任务分工 (1)
2 问题描述 (1)
3 基于matlab的斜齿轮参数优化 (1)
3.1 目标函数的建立 (1)
3.2 约束条件的建立 (2)
3.3 建立数学模型 (3)
3.4 斜齿轮参数 (3)
4 基于ansys的斜齿轮有限元分析 (4)
4.1 网格划分本 (4)
4.2 加载 (5)
4.3 受力分析 (6)
4.4 分析结果 (6)
5 总结 (7)
6 参考文献 (7)
斜齿轮的优化设计与有限元分析
徐航，赵航，骆华玥
（燕山大学 机械工程学院）
摘 要： 本文利用matlab 和ansys 对二级同轴斜齿轮减速器进行了优化设计。通过对中心距的优化
得到了最理想的齿轮参数，即在满足使用强度的前提下，最大限度的降低了成本。
1 任务分工
徐航负责Matlab 与Ansys 的模拟仿真 赵航负责模型的建立及数值的分析计算 骆华玥负责演示文稿与说明书的制作。
2 问题描述
齿轮减速器广泛应用在煤炭、 机械等行业,传统设计全由设计人员手工完成， 但在性能更好、 使用更可靠方便、 成本更低、 体积或质量更小的指标要求下， 希望能从一系列可行的设计方案中精选最优， 传统的设计方法做不到， 因而有必要采用matlab 优化方法来确定其设计参数。再运用Ansys 软件来对其进行受力模拟，通过Ansys 就可以辨别优化方案的可靠性，对其进行筛选，通过Matlab 与Ansys 软件的共同使用就可以对方案进行提前鉴别，避免了不必要的损失，更有利于资源的优化使用和效益的产生。
3 基于matlab 的斜齿轮参数优化
3.1 目标函数的建立
据优化目标的不同， 齿轮减速器设计可以有多种最优化方案，文中讨论的是在满足齿轮传动强度、刚度和寿命条件下，使减速器体积最小或质量最小。显然，若减速器结构紧凑， 则其重量和体积为最小，而结构的紧凑与否，关键在于减速器的总中心距，因此以总中心距最小为优化目标，建立优化设计数学模型。二级斜齿圆柱齿轮减速器总中心距 A 的数学表达式为
()()3434
33412121
12211cos 21cos 2i Z m i Z m A A A n n +=+=
==ββ
式中 mn12，i12和 mn34,i34———高速级和低速级齿轮的法向模数和传动比
Z1，Z3———高速级和低速级小齿轮的齿数 β———斜齿轮螺旋角
因为总传动比 i 已知，则 i12=i34=√2。又因为是同轴减速器mn12=mn34，Z1=Z3， β12=β34。所以目标函数有3个独立的设计变量：
[][]
T
n T Z m
x x x X 34
334321,,,,β
== 令f （x ）=A ，所以目标函数的表达式是：
()()
i
1x cos 2x x x f 3
2
1+=
要求解的是目标函数 f （x ）的最小值， 即 minf （x ）。 3.2 约束条件的建立 （1）齿根弯曲疲劳强度计算
[]
F Sa Fa n
F Y Y Y Y m bd KT σσβε≤=11
2
式中 K ———齿轮传动的载荷系数； T1———主动轮的转矩；
YFa ，YSa ，Y ε，Y β———齿形修正系数， 应力修正系数，重合度 系数，螺旋角系数
σ F ———齿轮许用弯曲应力。 （2）齿面接触疲劳强度
[]H H E H KT Z Z Z Z σσβ
ε≤+?=u 1
u bd 22
1
1
式中 ZE ， ZH ，Z ε，Z β———材料弹性系数，节点区域系数重合度
系数，螺旋角系数； d1———小齿轮分度圆直径； [σF] ———齿轮许用接触应力。
（3）将齿根弯曲疲劳强度条件、齿面接触疲劳强度条件分别按高速级大小齿轮、低速级大小齿轮进行参数化，得到以下 6 个强度约束条件，均为非线性约束。 ①高速级齿轮齿根弯曲疲劳强度约束条件
[][]???
????
≤-≤-0i cos 20cos 22121222121212n 2211212111212n 11F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y Z m b KT Y Y Y Y Z m b KT σβσββεβε大齿轮：小齿轮：
②高速级齿轮齿面接触疲劳强度约束条件
[][]???
???
?
≤-+?≤-+?0i 1
i d b 20i 1
i d b 2212
122
22212
121212112122
1
1112121212H H E H H E KT Z
Z Z Z KT Z Z Z Z σσβεβε大齿轮：小齿轮：
（4）其他约束条件
考虑到齿轮传动平稳、 斜齿轮轴向力不可太大、满足短期过载条件、 高速级与低速级大齿轮浸油深度大致相近、 齿轮分度圆直径不能太小等因素， 可建立以下隐性约束， 均为线性的。
a1≤mn12≤b1,a2≤Z1≤b2,a3≤β≤b3
可根据经验确定设计变量的上下边界 bj 和 ai ：
1≤x1≤6,20≤x2≤40,8≤x3≤30 3.3 建立数学模型
把上述数据分别代入目标函数及约束条件，可得，目标函数标准式约束条件标准式：
()3
2
1x cos x x 27
.2x f min =
04.532x x 8.0cos 49.4235.35405946x x 8.0cos 19.12535.3540390x x 8.2cosx 59.8620450x x 6x x 8.0259.34cosx 3
2
313
3
2
2
2132313
3
2
2
313
2
2
122313
≤-≤-+≤-≤-+x x x x
1≤x1≤6 20≤x2≤40 8≤x3≤30
3.4 斜齿轮参数
1.工件材料：
小齿轮选用45钢，调质，HB1=240HBS;大齿轮选用45钢，正火，HB2=200HBS ； 齿轮精度 8 级； 传动效率取 i=12.6， i12=i34=3.5； 载荷系K=2.2； 齿宽系数 ψd=b/d1=0.8。 转矩：T1=22.13 N ?m T2=73.60 N ?m T3=245.00 N ?m 。 2. 齿轮齿面接触许用应力
[][]a 59431MP H H ==σσ [][]a 4.53242MP H H ==σσ
3.齿轮齿根弯曲许用应力
[][]a 45031MP F F ==σσ [][]a 39042MP F F ==σσ
4.修正系数
985
.078.043
.28
.189906.080.12.2707.054.17.234123412341234123412414a 2a 3412313a 1a ====================ββεεββεεZ Z Z Z Z Z Z Z Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y H H E E Sa Sa F F Sa Sa F F
5.matlab 编程计算
采用 MA TLAB 软件优化工具箱求解最优结果，进行非线性有约束多元函数最小值计算[4]， 命令函数为 fmincon 。 函数m 文件
function [c,ceq]=m(x)
c(1)=259.34*cos(x(3)/180*pi)/(0.8*x(1)^3*x(2)^2+6*x(1)^2*x(2))-450 c(2)=862.59*cos(x(3)/180*pi)/(0.8*x(1)^3*x(2)^2)-390
c(3)=354.35*sqrt(125.19*cos(x(3)/180*pi)^3/(0.8*x(1)^3*x(2)^3+6*x(1)^2*x(2)^2))-594 c(4)=354.35*sqrt(42.49*cos(x(3)/180*pi)^3/(0.8*x(1)^3*x(2)^3))-532.4 ceq=[] end
程序代码
fun='2.27*x(1)*x(2)/cos(x(3)/180*pi)';
x0=[5,40,20];
A=[];
b=[];
Aeq=[];
beq=[];
lb=[2,20,8];
ub=[5,40,20];
[x,fval,exitflag，ouput]=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@m)
结果：
x =
2 20 8
fval =
91.6923
exitflag =
1
output =
iterations: 5
funcCount: 20
lssteplength: 1
stepsize: 0
algorithm: 'medium-scale: SQP, Quasi-Newton, line-search' firstorderopt: 0
constrviolation: 0
message: [1x788 char]
4基于ansys的斜齿轮有限元分析
4.1网格划分本
文对斜齿齿轮根应力分析选用185单元。网格划分结果如图：
4.2加载
边界条件：
在模型上给底面、侧面及对称面上的所有节点加以固定约束限制三个平动自由度。最不利加载线位置：
就单个齿轮而言，他的加在线的位置和长度随齿轮的转动二不断变化，要得到齿根最大应力，需要确定最不利加在线位置，取决于齿轮的啮合位置和接触线上的载荷分布，接触线上的载荷分布与齿轮制造误差及受载条件下的齿轮、轴、轴承的变形等诸多因素有关，而这些因素不易确定。理论上载荷应由同时的多对齿分担，单位简化计算，假设全部载荷作用与只有一对齿啮合时的齿顶来进行分析，另用重合度系数Yε对齿根弯曲应力予以修正。
4.3 受力分析
KN
F KN F KN F KN F a r n t 650170049004600====
4.4 分析结果
由运算结果可知在齿根处的应力为110MP
考虑到重合度系数最后的应力为110×0.707=77.77MP
理论计算： 将数据代入下式
34
34333
2
34n 32cos 2βεβσY Y Y Y Z m b KT Sa Fa F =
得 80.85MP
对比可知ansys 计算结果和理论结果相近，误差为3.8％
5 总结
此次现代设计方法概论的课程设计使我们受益匪浅，在学习Matlab 与Ansys 两种软件的时候，我们都是按照教科书上给定的步骤练习，就是一个模仿的过程，但是这次我们要自主选题，对这两种软件的运用需要熟练掌握，通过此次课设，我们基本上掌握了这两种软件的一些运用，此次课设，由于涉及到两门小课，工作量较大，但是在我们的齐心协力之下，终于完成了这一课题，用一句话概括即为：过程是艰苦的，结果却是丰硕的。
6 参考文献
有限元分析,ANSYS 理论与应用 王崧,刘丽娟 机械设计 许立忠,周玉林 机械机构有限元分析 张文志,韩清凯
毕业设计的基本内容和要求
毕业设计开题报告的基本内容和要求 开题报告的基本内容要求紧扣毕业设计任务书，毕业论文开题报告的结构包括： 1、课题的背景及意义 2、课题的主要设计技术参数或研究工作要达到的目标 3、课题研究的主要内容 3.1 课题设计(或研究) 的基本原理及技术方案 3.2 课题的可行性分析 3.3 课题主要解决的技术关键问题及创新点 3.4 课题研究工作的技术路线 4、课题计划进度 5、主要参考文献，要求所有的参考文献被开题报告引用，并在引用处用右上角 标出。 开题报告的字数不得少于4000字。 一、文献综述的基本内容要求 毕业论文文献综述的基本内容要求： 1、课题的背景及意义。 2、本课题相关技术的国内外发展概况。 3、本课题的主要技术关键点的比较分析和实现方法。 4、结论。 5、参考文献，要求所有的参考文献被文献综述报告引用，并在引用处用右上角标出。 要求查阅与毕业论文（设计）相关的文献8—10篇以上（其中外文文献不少于2篇），文献综述的字数不得少于4000字 包含以下四部分：即前言、主题、总结和参考文献。撰写文献综述时可按这四部分拟写提纲，再根据提纲进行撰写工作。 前言部分，主要是说明写作的目的，介绍有关的概念及定义以及综述的范围，扼要说明有关主题的现状或争论焦点，使读者对全文要叙述的问题有一个初步的轮廓。 主题部分，将所查询到的文献资料归纳、整理及分析比较，阐明有关主题的历史背景、现状和发展方向，以及对这些问题的评述。主题部分应特别注意代表性
强、具有科学性和创造性的文献引用和评述。 总结部分，将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测。 参考文献，它不仅表示对被引用文献作者的尊重及引用文献的依据，而且也为评审者审查提供查找线索，参考文献的编排应条目清楚，查找方便，内容准确无误。 二、外文翻译的基本要求 1、外文翻译的原文尽可能与所做课题紧密联系，避免翻译资料选取的随意性。 2、由于外文学术论文通常篇幅较大，学生可在教师指导下截取论文的部分核心内容进行翻译，要求翻译的原文内容大于15,000字符，翻译后的中文大于3000字。 3、外文原文要求以原始形式递交，原则上不得自行重新编辑。 4、外文翻译要求准确反映原文，语句通顺，符合中文表达方式。 5、毕业设计（论文）要求有两篇译文，并要求原文必须作为毕业设计文献综述和毕业设计（论文）的参考文献。 三、毕业设计（论文）设计说明书基本要求 机械工程及自动化专业本科毕业设计（论文）要求如下： ①设计（论文）内容的科学性。设计（论文）方案需以科学理论为指导，以科学实验、工程实践和工程计算为依据。设计（论文）内容科学准确，符合开题报告中的技术要求。 ②设计（论文）思想的先进性。设计（论文）应以继承与创新有机结合为主线，体现探索与创新的特征。 ③设计（论文）表述的规范性。设计（论文）应符合国家标准及各种技术规范。 ④设计（论文）的最优化。实现设计目标是有约束条件的。设计中应采用科学方法，综合研究各种条件，实现最佳技术方案。 ⑤设计结果的实用性。设计应与生产和科研实践相结合，其成果能为生产和科研所采用。 机械工程及自动化专业毕业设计（论文）说明书主体应包括如下内容： 1、引言。说明课题的目的、意义、范围及应达到技术要求。简述课题在国内外发展概况及存在问题，阐述应解决的主要问题。
1 3.2齿轮的结构设计及计算 3.2.1高速级齿轮设计 3.2.1.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 1)按题目传动方案选用圆柱齿轮传动 2)运输机为一般工作机器，速度不变，所以选用8级精度 3)材料选择由表11-1选择 小齿轮用45号钢调质，齿面硬度为260HBS MPa 6001lim =σ;MPa FE 4601=σ; 大齿轮用45号钢正火，齿面硬度为200HBS MPa 3802lim =σ;MPa FE 3202=σ; 由表11-5取 1.25F S =；0.1=H s ； MPa MPa S MPa MPa S MPa MPa S MPa Mpa S H H H H F FE F F FE F 3800.1380 ][6000 .1600 ][25625 .1320 ][36825 .1460 ][2 lim 21lim 12211== = == =======σσσσσσσσ 按齿面接触强度设计计算 由表11-3取载荷系数5.1=K 由表11-6取齿宽系数8.0=d φ 小齿轮上的转矩mm N n p T ??=??=? ?=46161101.21445 21.31055.91055.9 由表11-4取8.189=E Z ；5.2=H Z ； []2.53)380 5.28.189(3 6.4136.48.0101.25.12)(1232 43211=??+????=?+?Φ≥H H E d Z Z u u KT d σmm 选小齿轮齿数为24z 1=，则1082451.412≈?==iz z ，则实际传动比 5.424 108 ≈= i 模数 31.224 2 .53m 111=== z d ；按表4-1取mm m 31=
现代设计方法三级项目报告斜齿轮的优化设计与有限元分析 姓名： 课程名称：现代设计方法 指导教师： -------------------------------------------------------来自燕大 2013年5月
目录 1 任务分工 0 2 问题描述 0 3 基于matlab的斜齿轮参数优化 0 3.1 目标函数的建立 0 3.2 约束条件的建立 (1) 3.3 建立数学模型 (2) 3.4 斜齿轮参数 (2) 4 基于ansys的斜齿轮有限元分析 (3) 4.1 网格划分本 (3) 4.2 加载 (4) 4.3 受力分析 (5) 4.4 分析结果 (5) 5 总结 (6) 6 参考文献 (6)
斜齿轮的优化设计与有限元分析 徐航，赵航，骆华玥 （燕山大学 机械工程学院） 摘 要： 本文利用matlab 和ansys 对二级同轴斜齿轮减速器进行了优化设计。通过对中心距的优化 得到了最理想的齿轮参数，即在满足使用强度的前提下，最大限度的降低了成本。 1 任务分工 徐航负责Matlab 与Ansys 的模拟仿真 赵航负责模型的建立及数值的分析计算 骆华玥负责演示文稿与说明书的制作。 2 问题描述 齿轮减速器广泛应用在煤炭、 机械等行业,传统设计全由设计人员手工完成， 但在性能更好、 使用更可靠方便、 成本更低、 体积或质量更小的指标要求下， 希望能从一系列可行的设计方案中精选最优， 传统的设计方法做不到， 因而有必要采用matlab 优化方法来确定其设计参数。再运用Ansys 软件来对其进行受力模拟，通过Ansys 就可以辨别优化方案的可靠性，对其进行筛选，通过Matlab 与Ansys 软件的共同使用就可以对方案进行提前鉴别，避免了不必要的损失，更有利于资源的优化使用和效益的产生。 3 基于matlab 的斜齿轮参数优化 3.1 目标函数的建立 据优化目标的不同， 齿轮减速器设计可以有多种最优化方案，文中讨论的是在满足齿轮传动强度、刚度和寿命条件下，使减速器体积最小或质量最小。显然，若减速器结构紧凑， 则其重量和体积为最小，而结构的紧凑与否，关键在于减速器的总中心距，因此以总中心距最小为优化目标，建立优化设计数学模型。二级斜齿圆柱齿轮减速器总中心距 A 的数学表达式为 ()()3434 33412121 12211cos 21cos 2i Z m i Z m A A A n n +=+= ==ββ 式中 mn12，i12和 mn34,i34———高速级和低速级齿轮的法向模数和传动比 Z1，Z3———高速级和低速级小齿轮的齿数 β———斜齿轮螺旋角 因为总传动比 i 已知，则 i12=i34=√2。又因为是同轴减速器mn12=mn34，Z1=Z3， β12=β34。所以目标函数有3个独立的设计变量： [][] T n T Z m x x x X 34 334321,,,,β == 令f （x ）=A ，所以目标函数的表达式是：
设计任务书 某220KV区域性变电所一次系统初步设计 本设计变电所以110KV向地区负荷供电,除220KV电压与系统联络之外,110KV电压的部分出线也与系统有联系. 一、变电所的规模 近期设主变为2×120MV A，电压比为220/121/10.5KV，容量比为100/100/50，本期工程一次建成，设计中留有扩建的余地： 调相机为2×60MVAR，本期先建成一台。 220KV出线本期5回，最终8回； 110KV出线共10回，一次建成 所用电按调相机的拖动设备为主来考虑。 二、系统负荷功率因数为0.9，最大负荷利用小时数为5300小时，同时率为0.9，每回最大负荷 为： 第一回（九江I）输送200MW 第二回（九江II）输送200MW 第三回（柘林）输送180MW 第四回（昌东）输送150MW 第五回（南昌电厂）输送100MW 第六回（西效I） 第七回（西效II） 第八回（备用） 1、110KV的最大地区负荷，近期为200MW，远期300MW，负荷功率因数为0.85,最大负 荷利用小时数为5300小时,同时率为0.9,每回最大负荷为: 第一回(每岭)输送80MW 第二回(乐化)输送80MW 第三回(新期周)输送40MW 第四回(象山)输送45MW 第五回(水泥厂)输送60MW 第六回(双港澳)输送60MW 第七回(南电)输送60MW 第八回(化工区备用I)输送40MW 第八回(化工区备用II)输送40MW
第八回(化工区备用III)输送40MW 三、 系统计算粢资料 系统阻抗，当取基准容量S J =100MVA ，基准电压U J 为各级电压平均值（230，115，37，10.5……）时,两级电系统的远景阻抗标值如下图所示 四、 所址情况 变电所所在地为平原地区，无高产农作物，土壤电阻率为0.8×104 Ω.cm,年雷暴日为65天,历年最高气温为38.5。 C 。变电所在系统中的地理位置如下，220KV 用虚线所示，110KV 用实线表示： 0.0328 0.0502 S1 S2 两系统联络阻抗按远 景三台变电压器的总阻抗 考虑。 九江 备用 乐化 象山 南昌电厂 新祺周 柘林 水泥厂 双港 南电 昌东 北 梅岭 西效 化工备用
1.1概述 煤炭是我国实现工业现代化的重要能源基础，工业的快速发展离不开煤炭。但我国的煤炭工业发展还不能满足整个国民经济发展的需要。因此，必须以更快的速度发展煤炭工业，来适应整个国民经济持续、快速、高效发展的。然而，机械化是高速发展煤炭工业的必由之路。 矿用绞车是煤矿不可缺少的重要设备。在煤矿，人员及物料的提升和运输、矿车的调度、综采设备的安装、拆卸及搬迁、各种重物及设备的牵引等场合均离不开矿用绞车。矿用绞车使用量大，范围广。 SQ型无极绳连续牵引车适用于煤矿井下环境。它是以钢丝绳牵引的轨道运输设备，主要用于井下大巷实现材料、设备运输，特别适用于大型综采设备的运输牵引，也可用于金属矿井下和地面轨道运输，可适用于有一定坡度且起伏变化的轨道运输，配置弹簧压绳轮与转向装置后可实现弯曲巷道的直达运输。系统配置有绞车驱动装置、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮、弹簧压绳轮、托绳轮和转向装置等。变速操作有手动近机操作和液压远控操作两种方式，可根据运输要求配置。梭车有带防跑车装置和不带防跑车装置两种形式，张紧装置使用后部液压张紧。系统直接利用井下现有轨道系统，在有一定坡度的直巷道或弯曲巷道，可实现材料、设备以及液压支架整体运输。可实现材料、设备以及液压支架固定距离不经转载的直达运输。 矿用绞车是煤矿不可缺少的重要设备。 1.2绞车简介 绞车是井下借助钢丝绳来带动装重容器，并沿着立井井筒或着固定的轨道等来运行的提升或者搬运机械。各类绞车目前在煤矿的应用十分广泛，它是用来牵引与提升物料的常用工具。 图1.1 牵引绞车工作图
1.3工作条件 1、SQ型无极绳连续牵引车适用于地面或煤矿井下轨道运输，可适用于有一定坡度、坡度起伏变化、带有拐弯变向的轨道直达运输，但不适用于载人运输及提升运输。 2、使用场所周围空气中的瓦斯、煤尘等不应超过《煤矿安全规程》中规定的浓度。 3、工作环境为空气温度-10℃～40℃、相对湿度不大于95%（环境温度为20℃±5℃时），海拔高度不超过1000m, 并能防止液体浸入电器内部，无剧烈震动、颠簸, 无腐蚀性气体。 4、如工作环境海拔高度超过1000m时，考虑到空气冷却作用和介电强度的下降，选用的电气设备应通过双方协议进行设计或使用。 1.4 绞车的分类： (1) 按照滚筒的数目分，可分为单滚筒绞车和双滚筒绞车。 (2) 按钢丝绳的缠绕方式分，可分为缠绕式绞车和摩擦式绞车。 (3) 按传动方式分，可分为齿轮传动绞车和液压传动绞车。 (4) 按防爆性能分，可分为防爆型绞车和非防爆型绞车。 (5) 按滚筒直径及使用情况分，可分为2m及2m以下提升物料的绞车和2m 以上的主提升绞车。 (6)按牵引钢丝绳的连接方式分，可以将其分为有极绳牵引绞车和无极绳牵引绞车 1.5 无极绳牵引绞车 无极绳绞车是利用钢丝绳循环往复,牵引固定在钢丝绳上的车辆或其他装备前进,从而解决矿井辅助运输问题.无极绳牵引绞车主要用于铁道转载站牵引车辆、煤矿井下矿山设备运搬、矿车组运输等。该类绞车的工作机构一般为单和双摩擦轮绳槽滚筒，螺旋槽摩擦轮滚筒等。因其结构简单,连续运输,维护量小的特点,特别是近年来随着无极绳绞车及其配套技术水平的提高,无极绳绞车越来越受到煤矿的青睐。 1.6 发展趋势 国外矿用绞车发展趋势有以下几个特点： a、标准化系列化； b、体积小、重量轻、结构紧凑； c、高效节能； d、寿命长、低噪音； e、一机多能、通用化； f、大功率； g、外形简单、平滑、美观、大方。 针对国外的情况我们应该采取以下措施： a、制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能；
现代设计方法三级项目报告斜齿轮的优化设计和有限元分析 姓名： 课程名称：现代设计方法 指导教师： -------------------------------------------------------来自燕大 2013年5月
目录 1 任务分工 0 2 问题描述 0 3 基于matlab的斜齿轮参数优化 0 3.1 目标函数的建立 0 3.2 约束条件的建立 (1) 3.3 建立数学模型 (2) 3.4 斜齿轮参数 (2) 4 基于ansys的斜齿轮有限元分析 (3) 4.1 网格划分本 (3) 4.2 加载 (4) 4.3 受力分析 (5) 4.4 分析结果 (5) 5 总结 (6) 6 参考文献 (6)
斜齿轮的优化设计和有限元分析 徐航，赵航，骆华玥 （燕山大学 机械工程学院） 摘 要： 本文利用matlab 和ansys 对二级同轴斜齿轮减速器进行了优化设计。通过对中心距的优化 得到了最理想的齿轮参数，即在满足使用强度的前提下，最大限度的降低了成本。 1 任务分工 徐航负责Matlab 和Ansys 的模拟仿真 赵航负责模型的建立及数值的分析计算 骆华玥负责演示文稿和说明书的制作。 2 问题描述 齿轮减速器广泛使用在煤炭、 机械等行业,传统设计全由设计人员手工完成， 但在性能更好、 使用更可靠方便、 成本更低、 体积或质量更小的指标要求下， 希望能从一系列可行的设计方案中精选最优， 传统的设计方法做不到， 因而有必要采用matlab 优化方法来确定其设计参数。再运用Ansys 软件来对其进行受力模拟，通过Ansys 就可以辨别优化方案的可靠性，对其进行筛选，通过Matlab 和Ansys 软件的共同使用就可以对方案进行提前鉴别，避免了不必要的损失，更有利于资源的优化使用和效益的产生。 3 基于matlab 的斜齿轮参数优化 3.1 目标函数的建立 据优化目标的不同， 齿轮减速器设计可以有多种最优化方案，文中讨论的是在满足齿轮传动强度、刚度和寿命条件下，使减速器体积最小或质量最小。显然，若减速器结构紧凑， 则其重量和体积为最小，而结构的紧凑和否，关键在于减速器的总中心距，因此以总中心距最小为优化目标，建立优化设计数学模型。二级斜齿圆柱齿轮减速器总中心距 A 的数学表达式为 ()()3434 33412121 12211cos 21cos 2i Z m i Z m A A A n n +=+= ==ββ 式中 mn12，i12和 mn34,i34———高速级和低速级齿轮的法向模数和传动比 Z1，Z3———高速级和低速级小齿轮的齿数 β———斜齿轮螺旋角 因为总传动比 i 已知，则 i12=i34=√2。又因为是同轴减速器mn12=mn34，Z1=Z3， β12=β34。所以目标函数有3个独立的设计变量： [][] T n T Z m x x x X 34 334321,,,,β == 令f （x ）=A ，所以目标函数的表达式是：
渐开线直齿圆柱齿轮接触应力有限元分析 摘要：本文针对ANSYS有限元齿轮接触仿真进行了探讨，计算齿轮的等效应力和接触应力，对齿轮的弯曲强度失效和接触疲劳失效研究具有重要的实际意义。利用有限元分析方法，得出了相互啮合齿轮在静态情况下，等效应力和接触应力的分布规律；同时分析了齿轮与不同直径齿轮接触时，等效应力和接触应力的变化情况。 关键词：齿轮接触有限元等效应力接触应力 ANSYS 引言 齿轮的接触问题是典型的接触非线性问题，在传统的计算设计方法中，我们通常将非线性问题进行一定的简化与假设，使之变为线性问题来求解，但是这种计算方法的结果不是十分精确。本文基于ANSYS软件建立渐开线直齿圆柱齿轮的二维有限元模型，对静载荷作用下齿轮接触问题进行有限元分析，求得齿轮接触问题更为精确的解，为解决齿轮接触问题提供了一定依据。 1 齿轮传动失效分析 齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。根据齿轮传动工作和使用条件的不同，齿轮传动也就有不同的失效形式。主要的失效形式有轮齿的折断、齿面疲劳点蚀、磨损、胶合和塑性变形等。设计齿轮传动时，应对具体情况作具体分析，按可能发生的主要损伤或失效形式来进行相应的强度计算，有时以齿根弯曲疲劳强度为主，有时以齿面接触疲劳为主。这些问题采用有限元法来计算是十分方便的，下面我们将通过ansys对传动比不同的3组齿轮进行有限元分析。 2 有限元模型及其求解 2.1模型的建立 齿轮均选用标准渐开线直齿圆柱齿轮，模数m=3，压力角α=20°，齿数分别为Z1=35、Z2=25、Z3=20，传动比分别为35:35、25:35、20:35。在建模时考虑到齿轮具有轴对称结构，每个齿的受力情况基本相同，因此可以将齿轮模型简化为平面问题，这样可以节省大量计算时间。先在三维设计软件Pro/E中生成齿轮的三维模型，再将模型保存为iges格式，然后导入到ansys中，删除多余面，仅剩下齿轮端面，并复制一个齿轮并调整角度，可得如图1所示的齿轮实体模型。
毕业设计任务书 系机械制造与自动化专业班姓名： 学号： 题目：刮板运输机减速机齿轮轴的机械加工工艺与工装设计 （年生产1000件、备品率3%、废品率0.5%） 任务下达日期： 2014 年 1 月 7 日 任务完成日期： 2014 年 6 月 6 日 主要内容与目标： 一、设计题目：刮板运输机减速器齿轮轴的机械加工工艺与工装设计 二、主要内容： （一）明确生产类型，熟悉零件及各种资料，对零件进行工艺分析； （二）绘制零件图。 （三）确定毛坯的制造形式，尺寸公差与加工余量； 1.毛坯种类 2.铸件或锻件制造方法的选择 3.铸件或锻件的尺寸公差与加工余量（四）拟订机械加工工艺路线 1.定位基准的选择 2.加工方法的确定 3.加工顺序的安排 4.热处理、检验及其他工序的安排（据上述步骤1-4确定二套加工工艺路线，并进行比较，选择其中一套作为本零件的加工工艺）。 （五）确定满足各工序要求的工艺装备（机床、刀具、夹具、量具）对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体的设计要求。 （六）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差 （七）确定切削用量 （八）填写工艺文件 （九）提交文件 1.产品零件图 1张 2.产品毛坯图1张 3.机械加工工艺过程卡片1份 4.机械加工工序卡片1份 5.夹具设计装配总图* 1张 6.毕业设计说明书 1份 三、目标 通过零件的加工工艺设计，让学生熟悉零件工艺设计过程，初步掌握设计方法和步骤，为学生毕业后能胜任工作打下基础。 指导教师（签字）：年月日 学生（签字）：年月日
系机械制造与自动化专业班姓名： 学号： 题目：刮板运输机减速机齿轮轴的机械加工工艺与工装设计 （年生产1000件、备品率3%、废品率0.5%）审阅意见： 审阅成绩： 指导教师（签字）：年月日
本科生毕业设计报告（论文）撰写规范 毕业设计报告（论文）是学生对所从事毕业设计工作和取得成果的完整表述。报告(论文)的撰写是学生基本能力训练的过程。为加强管理，规范写作，提高毕业设计（论文）质量，根据《北华航天工业学院毕业设计（论文）工作暂行规定》制定本规范。 一、毕业设计报告（论文）的结构与要求 毕业设计报告（论文）包括封面、内容摘要（中英文）、关键词（中英文）、目录、正文、注释、参考文献、附录、致谢等几部分。理工类论文全文不少于1.5万字，设计说明书不少于0.8万字，文科、管理类论文全文为1.2万字左右。（外语专业为8 000～10 000词）。毕业设计报告（论文）一律打印，封面由学校统一印制。 （一）题目 毕业设计报告（论文）的题目应当简短、明确，有概括性，能体现毕业设计（论文）的核心内容、专业特点和学科范畴。毕业设计报告（论文）题目不得超过25个字，不得设置副标题，不得使用标点符号，可以分行书写，用词必须规范。 （二）内容摘要 内容摘要应扼要叙述论文的主要内容、特点，文字要精练，是一篇具有独立性和完整性的短文，包括基本研究内容、研究方法、创造方法、创造性成果及其理论与实际意义。内容摘要中不应使用公式、图表，不标注引用文献编号，并应避免将内容摘要撰写成目录式的内容介绍。中文内容摘要应在400字以内，英文内容摘要（Abstract）应与中文内容摘要内容相同。（三）关键词 关键词是供检索用的主题词条，应采用能够覆盖毕业设计（论文）主要内容的通用专业术语(参照相应的专业术语标准)，一般列举3～5个，按照词条的外延层次（学科目录分类）从大到小排列。英文关键词（Key words）应与中文关键词相同。 （四）目录 目录应独立成页，按2～3级标题编写，要求层次清晰，且要与正文标题一致，主要包括内容摘要（中、英文）、正文主要层次标题、参考文献、附录、致谢等，且标明对应页数。（五）正文 正文包括绪论（引言）、论文主体和结论等部分。正文必须从页首开始。 绪论一般作为专业技术类论文的第1章，应综述前人在本领域的工作成果，说明毕业设计（论文）选题的目的、背景和意义，国内外文献资料情况以及所要研究的主要内容。 文管类论文的绪论（引言）一般作为论文的前言，内容包括对写作目的、意义的说明，对所研究问题的认识并提出问题。要写得简明扼要，篇幅不应太长。 论文主体是全文的核心部分，应结构合理，层次清晰，重点突出，文字通顺简练。 结论是对主要成果的归纳，要突出创新点，以简练的文字对所做的主要工作进行评价。结论一般为500字左右。 （六）注释 对所创造的名词术语的解释或对引文出处的说明。注释一律采用脚注形式。 （七）参考文献 参考文献是论文的不可缺少的组成部分。它反映了毕业论文工作中取材的广博程度。毕业论文的参考文献必须是学生本人真正阅读过的。参考文献数量理工类一般在8～10篇，其中学术期刊类文献不少于5篇，外文文献不少于2篇，但对土建类专业，学术期刊类文献和
机械设计（论文）说明书题目：二级斜齿圆柱齿轮减速器
目录 第一部分课程设计任务书-------------------------------3 第二部分传动装置总体设计方案-------------------------3 第三部分电动机的选择--------------------------------4 第四部分计算传动装置的运动和动力参数-----------------7 第五部分齿轮的设计----------------------------------8 第六部分传动轴承和传动轴及联轴器的设计---------------17 第七部分键连接的选择及校核计算-----------------------20 第八部分减速器及其附件的设计-------------------------22 第九部分润滑与密封----------------------------------24 设计小结--------------------------------------------25 参考文献--------------------------------------------25
第一部分课程设计任务书 一、设计课题： 设计两级展开式圆柱齿轮减速器,使用期限8年(300天/年),2班制工作,运输容许速度误差为5%,车间有三相交流,电压380/220V。 二. 设计要求: 1.减速器装配图一张(A1或A0)。 2.CAD绘制轴、齿轮零件图各一张(A3或A2)。 3.设计说明书一份。 三. 设计步骤: 1. 传动装置总体设计方案 2. 电动机的选择 3. 确定传动装置的总传动比和分配传动比 4. 计算传动装置的运动和动力参数 5. 设计V带和带轮 6. 齿轮的设计 7. 滚动轴承和传动轴的设计 8. 键联接设计 9. 箱体结构设计 10. 润滑密封设计
Abaqus分析报告 （齿轮轴） 名称：Abaqus齿轮轴 姓名： 班级： 学号： 指导教师：
一、简介 所分析齿轮轴来自一种齿轮泵，通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。齿轮轴装配结构图如图1，分析图1中较长的齿轮轴。 图1.齿轮轴装配结构图 二、模型建立与分析 通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型，并对其进行分析。 1.part 针对该齿轮轴，拟定使用可变型的3D实体单元，挤压成型方式。 2.材料属性 材料为钢材，弹性模量210Gpa，泊松比0.3。
3.截面属性 截面类型定义为solid，homogeneous。 4.组装 组装时选择dependent方式。 5.建立分析步 本例用通用分析中的静态通用分析（Static，General）。 6.施加边界条件与载荷 对于齿轮轴，因为采用静力学分析，考虑到前端盖、轴套约束，而且根据理论，对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。 边界条件：分别在三个轴径突变处采用固定约束，如图2。 载荷：在Abaqus中约束类型为pressure，载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面，根据实际平衡情况，两力所产生的绕轴线的力矩方向相反，大小按比例分配。 均布载荷比计算： 矩形键槽数据： 长度：8mm、宽度：5mm、高度：3mm、键槽所在轴半径：7mm 键槽压力面积：S1 = 8x3=24mm2 平均受力半径：R1=6.5mm 齿轮数据：= 齿轮分度圆半径：R2 =14.7mm、压力角：20°、 单个齿轮受力面积：S2 ≈72mm2 通过理论计算分析，S1xR1xP1=S2xR2xP2，其中，P1为键槽均布载荷
苏州托普信息职业技术学院 毕业论文 论文题目齿轮泵的设计 指导教师吴小花 专业机械制造与自动化班级机械1201 姓名张杰学号 1205300125
摘要：在当今社会泵的应用是很广泛的,在国民经济的许多部门要用到它。在供给系统中几乎是不可缺少的一种设备。在泵的实际应用中损耗严重，特别是化工用泵在实际应用中损耗，主要是轴封部分，在输送过程中由于密封不当而出现泄漏造成重大损失和事故。轴封有填料密封和机械密封。填料密封使用周期短，损耗高，效率低。本设计中设计的齿轮泵排量较小安全性较高，轴封设计合理，精度较高，齿轮泵使用寿命较高。 关键词：泵填料密封机械密封
一、课程设计任务书………………………………………( 4 ) 二、齿轮的设计与校核……………………………………( 5 ) 三、卸荷槽的计算…………………………………………( 12 ) 四、泵体的校核……………………………………………( 13 ) 五、滑动轴承的计算………………………………………( 14 ) 六、联轴器的选择及校核计算……………………………( 17 ) 七、连接螺栓的选择与校核………………………………( 18 ) 八、连接螺栓的选择与校核………………………………( 20 ) 九、齿轮泵进出口大小确定………………………………( 21 ) 十、齿轮泵的密封…………………………………………( 22 ) 十一、法兰的选择…………………………………………( 23 ) 十二、键的选择……………………………………………( 24 ) 十三、键的选择……………………………………………( 25 ) 设计小结……………………………………………………( 27 ) 参考文献……………………………………………………( 29 )
毕业论文正文部分格式规范摘要： 1.页眉：宋体5号，中间空1格，居中 2.大标题：黑体小3号，中间空1格，居中；段前30磅、段后30磅、行距固定值20磅 3.正文部分：宋体小4号；段前6磅，行距固定值20磅，首行缩进2字符 4.关键字：关键字前需空一行，顶格写；“关键字：”需加粗；宋体小4号；段前6磅，行距固定值20磅 5.页脚：罗马字符 ABSTRACT： 1.页眉：Times New Roman5号，居中 2.大标题：Times New Roman小3号，居中；段前30磅、段后30磅、行距固定值20磅 3.正文部分：Times New Roman小4号；段前6磅，行距固定值20磅，首行缩进1字符 4.key words：key words前需空一行，顶格写；“key words：”需加粗；Times New Roman 小4号；段前6磅，行距固定值20磅 5.页脚：罗马字符 目录： 1.页眉：宋体5号，中间空1格，居中 2.大标题：宋体小2号，中间空1格，居中；段前30磅、段后30磅、行距固定值20磅 3.目录部分：必须是自动生成且点击能进入对应章节；宋体小4号；行距固定值20磅；左右两端顶格；毕业设计需要有参考文献、致谢、附录（可选）、外文资料原文、翻译文稿，课程设计和项目制开发需要有参考文献、致谢、附录（可选） 4.页脚：罗马字符 正文： 1.页眉：宋体5号，居中；奇数页按照“第1章绪论”的形式书写章号和章题目，章号和章题目间需空一格；偶数页毕业设计的学生书写“电子科技大学成都学院本科毕业设计论文”、课程设计的学生书写“电子科技大学成都学院课程设计”、项目制开发的学生书写“电子科技大学成都学院项目制开发” 2.大标题：黑体小3号，居中；段前30磅、段后30磅、行距固定值20磅，章号和章题目间需空一格 3.一级节标题：黑体4号；段前18磅、段后18磅、行距固定值20磅 4.二级节标题：黑体小4号；段前12磅、段后12磅、行距固定值20磅
风力发电机齿轮增速箱 毕业设计 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
摘要 风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。但由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚，技术薄弱，特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术。因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱设计制造技术，以实现风机国产化目标。 本文设计的是兆瓦级风力发电机组的齿轮箱，通过方案的选取，齿轮参数计算等对其配套的齿轮箱进行自主设计。 1）根据风电齿轮箱承受载荷的复杂性，对其载荷情况进行了分析研究,确定齿轮箱的机械结构。选取两级行星派生型传动方案，在此基础上进行传动比分配与各级传动参数如模数，齿数，螺旋角等的确定；通过计算，确定各级传动的齿轮参数；选择适当的齿轮。 2）对行星齿轮传动进行受力分析，得出各级齿轮载荷结果。依据标准进行静强度校核，结果符合安全要求。 3）绘制CAD装配图，并确定恰当合理参数。 关键词：风电齿轮箱；风力发电；结构设计。
ABSTRACT The rapid development of wind power industry lead to the prosperity of wind power equipment manufacturing industry．As the core component of wind turbine，the gearbox is received much concern from related industries and research institution both at home and abroad．However, due to the domestic research of gearbox for wind turbine starts late，technology is weak，especially in the gearbox for MW wind turbine，which mainly relied on the introduction of foreign technology．Therefore，it is urgent need to carry out independent development and research on MW wind power gearbox，and truly master the design and manufacturing technology in order to achieve the goal of localization． 1）The load Cases of gearbox for wind turbines ale analyzed，and the interrelation of loading cycle numbers under different torque levels is deduced according to the curve of materials’fatigue．the mechanical structure of gearbox is determined．The two-stage derivation planetary transmission scheme is selected．The gear parameters of every stage transmission is calculated．，and the force analysis results is obtained．
基于ANSYS的齿轮传动有限元分析和优化 摘要 ANSYS是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学，计算力学和计算工程科学领域最有效的通用有限元分析软件。它是融结构，热，流体，电磁，声学于一体的大型通用有限元商用分析软件。利用ANSYS有限元分析，可以对各种机械零件，构件进行应力，应变，变形，疲劳分析，并对某些复杂系统进行仿真，实现虚拟的设计，从而大大节省人力，财力和物力。由于其方便性、实用性和有效性，ANSYS软件在各个领域，特别是机械工程当中得到了广泛的应用。 齿轮是机械中常用的一种零件，其在工作的过程中会产生应力，应变和变形，为保证其正常工作需要对齿轮的轮齿和整体受力进行分析，保证其刚度和强度的要求。本论文采用ANSYS软件对齿轮进行静力学分析和优化实现对齿轮的虚拟设计。 齿轮是最重要的零件之一。它具有功率范围大，传动效率高，传动比正确，使用寿命长等特点，但从零件失效的情况来看，齿轮也是最容易出故障的零件之一。据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占故障总数的60%以上。其中轮齿的折断又是齿轮失效的主要原因之一。 齿轮啮合过程作为一种接触行为, 因涉及接触状态的改变而成为一个复杂的非线性问题。传统的齿轮理论分析是建立在弹性力学基础上的, 对于齿轮的接触强度计算均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础,在计算过程中存在许多假设,不能准确反映齿轮啮合过程中的应力以及应变分布与变化。相对于理论分析,有限元法则具有直观、准确、快速方便等优点。 齿廓曲面是渐开线曲面，所以建模的难点和关键在于如何确定精确的渐开线。通过PDL命令流直接在ANSYS中创建标准直齿圆柱齿轮，学习应用ANSYS软件进行零件的几何建模和网格划分，并进行静力加载和求解，对求解的结果进行查看，分析和优化。 关键词：ANSYS；有限元；齿轮；CAE
62 2013年第31期（总第274期） NO.31.2013 ( CumulativetyNO.274 ) 通常在设计齿轮强度选择过程中，采取的多是人工方式进行设计和齿轮强度校验，具体方法是材料力学，用齿轮作为悬臂梁，对齿面接触强度和翅根弯曲强度进行设计和校核。接着利用所得的设计结果对结构进行设计，同时将二维图纸画出来。 1 设计想法 实践中可以看到，ANSYS技术对复杂实体建模表现出一定的局限性，一方面难以保证渐开线齿廓自身的形状精确度，另一方面也不能完成参数化设计。对于Pro/E软件而言，其可以有效解决这一问题，实现这一操作目标；此外，与ANSYS之间的数据接口性能也比较好。笔者建议在Pro/E软件应用基础上，建立一个精确度非常高的三维参数化圆柱齿轮模型，然后向ANSYS中导入Pro/E软件得到的模型，对齿轮模态、静态特性等进行有限元分析，此时推土机的终传齿轮自身的强度特性就可以得出，最后可以通过振型图、应用云图以及变形云图等方式和方法，对分析结果进行最为直接的显示。 2 建模 图1?齿轮模型 以笔者之见，齿轮模型建立只需将模数、齿数以及压力角和螺旋角等齿轮参数整合，并对轮缘、辅板的厚度以及轴孔的半径等参数进行综合考虑，便可以自动生成 齿轮。 低，所以得到了极大的推广。而现代社会中随着PC机的普及发展，虚拟仪器的测试技术得到了实现，与前两段历程相比，这个阶段操作性更强，且费用最低，其灵活性与效率也最高，势必在将来得到大发展，但是其漏洞在于潜在的第三方技术的升级成为了始终威胁安防系统的隐患。 5 结语 信息技术与通信技术的发达使安防技术的质量与效率愈加提高完善。目前，安防技术已经涵盖了几乎所有行业，包括建筑、生活区、银行、交通、车辆等。伴随人民生活水平的提高其需求水平相应增加，安防意识也越来越强，信息技术的飞速发展也反过来刺激了不法人员的升级换代，所以安防系统的重要性可想而知，由于智能安防市场的扩大，越来越多的企业开始介入对其的研发，但是客观的安防并不能根除危机隐患，要从根本上杜绝还依赖于社会精神文明的建设，人民总体素质的提高。 参考文献 [1] 汪光华．智能安防视频监控全面解析与实例分析[M]． 北京：机械工业出版社，2008．[2] 西刹子．安防天下[M]．北京：清华大学出版社， 2010．[3] 陈龙．智能建筑安防系统[M]．北京：机械工业出版 社，2012． [4] 薛亮．适用于智能化建筑和小区管理的安防系统研究 与开发[J]．天津科技，2009．[5] 许恩江，吴波，王保山．智能机器人的安防和服务功 能系统设计及应用[J]．实验科技与管理，2010，11．[6] 宋杰，张宇松，刘平心．基于互联网的智能变电站新 型安防设计方案[J]．电力信息化，2012，6． [7] 唐铮，程三友．从世博会看智能建筑安防技术发展方 向[J]．建筑电气，2011，3． 基于ANSYS的齿轮强度有限元分析 章俊华 （福建龙净脱硫脱硝工程有限公司，福建 龙岩 364000） 摘要：通常在设计齿轮强度时，用齿轮作为悬臂梁，对齿面接触强度和翅根弯曲强度进行设计和校核。因为齿轮有着极为复杂的受力和结构形状，特别是在进行工作的时候常常会受到动载的作用，同设想中梁承受静载的状况差距过大，造成很大的误差，使结构整体的应力情况和变形无法反映出来。关键词：ANSYS；齿轮强度；有限元分析 中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）31-0062-02
第３１卷第０５期煤矿机械Ｖ０１．３１Ｎｏ．０５２０１０年０５月ＣｏａｌＭｉｎｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｙ．２０１０ 增速斜齿轮的接触应力有限元分析 张楠１。周珊珊１．张延化２ （１．济南市特种设备监督检验所，济南２５０００２；２．青岛理工大学，山东青岛２６６０３３）摘要：通过Ｐｒｏ／Ｅ软件建立斜齿轮三维模型．利用数据接口将模型导入到ＡＮＳＹＳ有限元软件中，建立有限元模型对斜齿轮进行接触分析。通过选择不同的啮合位置。建立接触对。进行接触应力计算，并比较不同啮合点的应力大小。找出轮齿啮合时的应力分布规律。研究结果对增速斜齿轮的优化设计、结构改进有一定的参考价值。 关键词：斜齿轮：有限元：ＡＮＳＹＳ 中图分类号：ＴＨｌ３２．４１文献标志码：Ａ文章编号：１００３—０７９４（２０１０）０５—００９４—０２ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇＨｅｌｉｃａｌＧｅａｒ’ＳＣｏｎｔａｃｔＳｔｒｅｓｓ ＺＨＡＮＧＮａｎ‘．ＺＨＯＵＳｈａｎ－ｓｈａｎ‘，ＺＨＡＮＧＹａｎ－ｈｕａ２ （１．ＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＪｉｎａｎ，Ｊｉｎａｎ２５０００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＱｉｎｇｄａｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｑｉｎｇｄａｏ２６６０３３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｈｅｌｉｃａｌｇｅａｒ，ｃｈｏｓｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｓｈｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｉｎＡＮＳＹＳ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｓｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｈａｓｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｏｎｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｇｅａｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｇｅａｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ＡＮＳＹＳ ０引言 在对风力发电机增速装置进行齿轮动力学分 析时，进行斜齿轮接触应力计算．分析啮合轮齿随 时间变化的应力分布是很重要的。在润滑良好的闭 式齿轮传动中。常见的齿面失效形式多是点蚀。点 蚀是齿面材料在变化着的接触应力作用下．由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。为了使齿轮达到使用要求，满足使用寿命。要保证齿面具有较高的接触疲劳强度。接触疲劳强度受很多因素的影响．比如齿面接触应力、齿面滑动速度、轮齿润滑状态以及材料的力学性能等．其中接触应力对齿面接触疲劳强度的影响最大． １增速斜齿轮三维建模 在有限元分析过程中．建模是非常关键的步骤，模型是否准确将直接影响计算结果的正确性．如果说模型是错误或者是误差太大．即使算法再精确。得到的分析结果将是错误的。虽然ＡＮＳＹＳ软件具有一定的建模功能，但功能不够全面。对于齿轮这种较为复杂的几何形状．不容易得到较为准确的三维实体模型。所以选择Ｐｒｏ／Ｅ软件对斜齿轮进行三维建模。模型如图１所示。 ２有限元分析 通过Ｐｒｏ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ软件之间的数据交换接口．将利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立的斜齿圆柱齿轮对模型导入ＡＮＳＹＳ中。 图１斜齿轮对模型 （１）添加材料常数在对模型进行网格划分之前．要定义所需要的单元类型．不同的单元类型会直接影响网格划分以及最终求解的效果。考虑到斜齿轮齿形的复杂、计算精度以及求解时间等分析因素．使有限元模型能在尽量少的节点情况下．较精确地模拟实际情况以提高有限元计算的精确程度．采用Ｓｏｌｉｄ９５为有限元单元类型。针对不同的结构模型．选择不同的单元类型。对于此齿轮划分采用先对端面进行网格划分．然后通过体扫掠生成单元体网格。最终生成的网格如图２所示 ．．——９４．—－—— 图２斜齿轮对模型网格划分 万方数据