考虑装配误差的齿轮接触应力仿真研究

论文摘要

变速箱是各种重卡及其它汽车的“心脏”,重卡中变速箱工作的正常与否直接决定了该重卡的性能,而变速箱中的每个齿轮又是组成这颗“心脏”的一条条“血管”。随着工业商业推动物流业的飞速发展,使得各类卡车逐步向大载重发展,这样对卡车的性能,特别是对卡车中变速箱的性能提出了更高的考验,这样对变速箱内部各种齿轮的性能及装配就提出了更高的要求。在实际生产生活中,重卡变速箱的齿轮时常因过载而出现各种损坏。某齿轮集团,在某型号的变速箱进行过载实验的过程中,一对啮合的齿轮多次发生了齿根裂纹甚至断齿的情况。这种情况在重卡运行过程中,一旦发生后果极为严重,轻者影响正常运输,重者极易出现安全问题。该集团在生产中发现多数齿根裂纹甚至断齿的情况,绝大多数是由各种原因导致的装配误差所引起的,而在诸多原因中,装配时的齿间隙误差和心轴的平行度误差成为导致齿轮啮合异常的主要原因。在实际生产中变速箱齿轮装配时齿间隙误差和心轴的平行度误差均是由工程师凭经验给出,而在学术研究时,分析啮合齿轮所受的接触应力时,多为理论上的计算和算法上的研究,很少将齿轮啮合的实际工况因素考虑在内。所以对实际生产时的考虑装配误差的齿轮啮合时的应力分析就显得尤为重要。本文针对某齿轮集团生产的变速箱中的一对出现啮合异常的斜齿轮进行了Pro/E建模,在仿真分析时,分别从静力学和动力学两个方面进行分析,每个方面分别计算分析了装配时带有齿侧隙误差的工况和装配时带有轴平行度误差的工况。在具体计算分析时,利用ANSYS与Pro/E之间的较好的链接性,将在Pro/E中建好的模型导入ANSYS中进行计算与分析,在静力学分析时主要运用ANSYS有限元分析软件对其进行计算与分析,在动力学分析时主要运用ANSYS中LS-DYNA模块对其进行计算分析。通过静力学与动力学两个方面的系列的计算与分析,最终给出该对齿轮在装配时齿侧隙误差与轴平行度误差的误差范围。课题的实验分析计算结果对实际生产中齿轮的装配与安装具有实际的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 齿轮应力分析概述
• 1.2.1 齿轮应力分析的基本概念
• 1.2.2 齿轮应力分析的发展
• 1.2.3 齿轮应力分析的种类
• 1.3 齿轮建模与仿真概述
• 1.3.1 Pro/E 概述
• 1.3.2 ANSYS 概述
• 1.3.3 LS-DYNA 概述
• 1.4 论文研究的主要内容和方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 有限元理论与ANSYS 接触分析
• 2.1 有限元理论
• 2.1.1 有限元法的概述
• 2.1.2 有限元法的应用步骤
• 2.2 有限元法的原理
• 2.2.1 分区变分原理
• 2.2.2 空间等参元
• 2.3 接触有限元分析
• 2.4 ANSYS 接触分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 PRO/ENGINEER 建立三维模型
• 3.1 PRO/E 三维建模
• 3.1.1 建模方式简介
• 3.1.2 Pro/E 实体造型特征工具概述
• 3.2 交错轴齿轮的建模方法及过程
• 3.2.1 齿廓的生成的原理及过程
• 3.2.2 阵列法形成齿轮的过程
• 3.2.3 交错轴斜齿轮的装配
• 3.3 建立ANSYS 分析用模型
• 3.3.1 建立ANSYS 所用模型的方法
• 3.3.2 混合形成轮齿
• 3.4 本章小结
• 第四章 考虑装配误差的斜齿轮齿面接触应力分析
• 4.1 斜齿轮装配存在两轴不平行时的静力学分析
• 4.1.1 考虑两轴不平行时的斜齿轮模型
• 4.1.2 考虑斜齿轮轴不平行时的ANSYS 静力学分析
• 4.1.3 求解结果
• 4.1.4 轴不平行时的静力学分析结论
• 4.2 斜齿轮装配存在齿侧间隙的静力学分析
• 4.2.1 考虑齿侧间隙的斜齿轮模型
• 4.2.2 考虑齿侧间隙的ANSYS 静力学分析
• 4.2.3 考虑齿侧间隙的ANSYS 静力学求解结果
• 4.2.4 存在齿侧间隙误差时的静力学分析结论
• 4.3 本章小结
• 第五章 考虑装配误差的斜齿轮动力学分析
• 5.1 斜齿轮装配存在两轴不平行时的动力学分析
• 5.1.1 考虑两轴不平行时的斜齿轮模型
• 5.1.2 考虑斜齿轮轴不平行时的LS-DYNA 动力学分析过程
• 5.1.3 轴不平行时的动力学分析结论
• 5.2 斜齿轮装配存在齿侧间隙的动力学分析
• 5.2.1 考虑齿侧间隙的斜齿轮模型
• 5.2.2 考虑齿侧间隙的LS-DYNA 动力学分析
• 5.2.3 考虑齿侧间隙的LS-DYNA 动力学求解结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文