斜齿轮地优化设计与有限元分析报 告材料
开题报告(齿轮参数化设计及弯曲强度有限元分析)
【10】王建明，刘才山，周学军.内、外啮合斜齿轮三维接触应力有限元分析[J].机械传动，1998(3):15一18
【11】杨汾爱，张志强，龙小乐，鲍务均.基于精确模型的斜齿轮接触应力有限元分析[J].机械科学与技术，2003(2):206一208
⑴.齿轮参数化设计
参数化设计(Parametricdesign)是一种设计方法，主要是通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产品建模与修改、系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段，是提高三维模型设计效率的最好方法之一。
【5】陶卫民，张文玉.用仿铣齿法生成斜齿轮三维实体模型[J].现代机械，2003(3)
【6】郭志全，朱征.斜齿圆柱齿轮在UG中的三维建模[J].机械设计，2003
【7】朱思洪.基于Pro/E的斜齿圆柱齿轮三维实体造型[J].机械设计与制造，2005(3)
【8】包家汉，张玉华，薛家国.基于ANSYS的渐开线斜齿轮副参数化建模[J].机械传动，2006(1):54一56山东大学硕士学位论文
3.齿轮参数化设计及弯曲强度有限元分析尚待研究的问题
在现有的CAD平台上建立齿轮三维几何模型并非难事，但是仍存在以下问题。
(1)几何建模的精确性。这主要体现在对过渡曲线的处理上，很多文献均是采用圆弧来作为过渡曲线的，这既不符合生产实际情况，也不利于对齿根弯曲应力进行有限元分析。本文将在建立过渡曲线数学模型的基础上，对其进行精确化处理。
浙江大学董金祥教授，葛建新博士提出变参绘图系统中一种约束求解新方法，采用该方法，不但可以通过分解和排序来提高求解速度，而且可以通过快速指出约束不足和约束过载来提高灵活性和可靠性。清华大学张国伟等提出了一种基于自由度分析的约束传播算法，求解二维参数化设计中所建立的几何约束模型。用约束图表示几何元素及它们之间的约束关系，用规则图来表示求解推理的过程，采用了基于规则的推理与数值计算相结合，基于自由度分析的约束求解策略。浙江大学谭建荣教授等针对现有在线参数化方法的不足，提出了模型建立和求解相分离的离线式参数化方法，基本思路是根据工程制图规则和尺寸与图形的本质联系，自动建立尺寸与图形的约束关系，并探讨了工程图约束信息自组织原理和方法。
变速器斜齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析
上 划 分 网格 ． 对 轮齿 啮合 区和 最 不 利 加 载 位 置 的 确定 进 行 了 讨 论 和 求 解 ． 并 比较 了 不 同 的齿 根 圆角 半 径 对 轮 齿 弯 曲
强 度 的影 响 。
主 题词 ： 变 速器 斜齿 圆柱 齿轮
弯 曲强度 有 限元分 析
中图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ２ １ ２ ￣ ． ４ ２ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — ３ ７ ０ ３ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ ０ ３ ７ — ０ ３
ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｉ ｎ ＵＧ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ— ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｅ ａ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ＡＮＳ Ｙ Ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ ｍｅ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ
１ ． １
根 据渐 开线 的形成 原 理可 知渐 开线 的极 坐标方
程为： ．
用 有 限元 法对 斜齿 圆柱 齿 轮进行 强度 分 析可 以综合 考 虑齿 轮参 数 ．全 面掌 握 齿轮 的受 力 状况 和应力水
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斜齿轮的优化设计与有限元分析
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 02 问题描述 03 基于matlab的斜齿轮参数优化 03.1 目标函数的建立 03.2 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。
一种新型齿轮的数学模型及有限元分析
作者简介 ： 周海峰 ， 男， １ ９ ７ ０ 年 生。 集 美 大 学 轮 机 工 程 学 院 副 教 授， 厦门大学物理与机电工程学院博士研究生 。 主 要 研 究 方 向 为 ， 机电一体化测试 。 发表论文 １ 通讯作者） 男， ８ 篇 。 王荣杰 （ １ ９ ８ １ 年生 。 集美大学轮机工程学院讲师 。
曲线由三段曲线组成 ， 渐开线部分曲线过节圆 ， 在
］ Ｕ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｗ ａ ｒ ｍ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ ｓ［ Ｊ ． Ｅ ｘ ｅ ｒ ｔ ｇ ｇ ｑ ｐ ， （ ） ： Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ｉ ｔ ｈ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ２ ０ １ ０， ３ ７ １ ５ ５ ６ － ５ ６ ６． ｙ ｐ ｐ （ ） ： ２ ０ ０ ０， １ ５ ４ １ ２ ３ ２ － １ ２ ３ ９． ［ ］ １ ８ Ｅ ｌ ｒ ａ ｄ Ｏ Ｉ ． Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｅ ｒ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ Ｍ］ ． ｇ ｇ ｙ ｙ ｙ［ ： ， Ｎ ｅ ｗ Ｙ ｏ ｒ ｋ Ｍ ｃ Ｇ ｒ ａ ｗ－Ｈ ｉ ｌ ｌ １ ９ ８ ２． ［ ］ １ ９ Ｇ ａ ｉ ｎ Ｇ Ｌ． Ａ Ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｓ ｗ ａ ｒ ｍ Ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｇ ｐ ｐ ｐ ｆ ｏ ｒ Ｏ ｔ ｉ ｍ ｕ ｍ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｆ Ｐ Ｉ Ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｎ Ａ Ｖ Ｒ Ｓ ｓ － ｐ ｇ ｙ ］ ， ｔ ｅ ｍ［ Ｊ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｇ ｇ ｙ ， （ ） ： ２ ０ ０ ４ １ ９ ２ ３ ８ ４ － ３ ９ ０ ． （ 编辑 苏卫国 ）
变速器斜齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析
变速器斜齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析随着汽车工业的不断发展，变速器作为汽车传动系统的核心组件之一，越来越受到重视。
为了提高变速器的使用寿命和可靠性，对变速器斜齿圆柱齿轮的弯曲强度进行有限元分析是很有必要的。
有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，可以精确地计算结构在应力、应变、振动等方面的响应。
变速器斜齿圆柱齿轮在传动过程中承受着较大的载荷和扭矩，容易受到弯曲应力的影响，因此需要进行弯曲强度有限元分析。
首先，建立变速器斜齿圆柱齿轮的有限元模型。
该模型可以通过三维建模软件进行建立，以真实的几何形状为基础。
通过网格划分，将齿轮的表面划分成许多小的单元，然后根据齿轮材料本身的力学性能，为每个单元赋予相应的材料力学特性，包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。
然后，利用有限元软件对变速器斜齿圆柱齿轮进行载荷分析。
在分析载荷时，需要考虑到齿轮的工作负载，包括马力和扭矩。
这些载荷可以通过实际测试或计算来确定。
载荷分析的目的是确定整个齿轮的受力分布，以便准确计算其弯曲应力。
接着，进行弯曲应力分析。
弯曲应力是指材料在弯曲作用下产生的应力。
在有限元分析中，可以通过测量每个单元的变形和位移来计算齿轮的弯曲应力。
这个过程需要运用恒定元素法，确定位移和弯曲应力的关系。
最后，进行弯曲强度分析。
齿轮的弯曲强度是指齿轮的弯曲强度极限，即齿轮在受到一定载荷时，达到破裂的最大载荷。
这个分析可以通过比较齿轮的弯曲应力和齿轮材料的弯曲强度极限来得出。
如果齿轮的弯曲应力超过了材料的弯曲强度极限，那么齿轮就会发生破裂。
总的来说，变速器斜齿圆柱齿轮的弯曲强度有限元分析是一个非常复杂的过程，需要运用多种数值计算方法和工程分析技术。
通过这种分析，可以准确地了解齿轮的强度和可靠性，从而确保汽车传动系统的正常工作，并增加齿轮的使用寿命。
除了弯曲强度有限元分析，变速器斜齿圆柱齿轮还需要进行稳定性分析、齿面接触分析等。
稳定性分析可以判断齿轮在运行过程中是否出现振动和失稳现象，以及确定其稳态工作区间。
斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析
《装备制造技术》２００７年第１２期设计与计算!!!!"!"!!!!"!"收稿日期：２００７－１０－０７作者简介：王宝昆（１９８２—），男，在读硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。
斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析王宝昆，张以都（北京航空航天大学，北京１０００８３）摘要：在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中的实现了渐开线以及螺旋线的设计，建立了斜齿轮的三维参数化模型，并利用ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对斜齿轮进行了接触应力分析。
关键词：斜齿轮；ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ；ＡＮＳＹＳ；参数化设计；ＦＥＡ中图分类号：ＴＨ１３２．４１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００７）１２－００３７－０２ＵＧ的ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ系统提供了一个基于过程的产品设计环境，但ＵＧ并没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计与制造功能。
利用ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ语言开发的程序，可以直接完成与ＵＧ的各种交互操作，与ＵＧ系统集成［１］。
ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ整合了ＡＮＳＹＳ各项顶尖产品，可以简单快速地进行各项分析及前后处理操作。
ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ与ＣＡＤ系统的实体及曲面模型具有双向连结，导入ＣＡＤ几何模型成功率高，可大幅降低除错时间且缩短设计与分析流程。
笔者利用ＵＧ／ＮＸ的参数化建模技术和它所提供的二次开发语言模块ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ实现了成斜齿轮三维实体的参数化设计，并运用ＡＮＳＹＳ最新的ＷｏｒｋＢｅｎｃｈ模块实现了ＣＡＤ／ＣＡＥ的无缝集成，对斜齿轮进行啮合过程中接触状态进行了分析。
１渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计１．１编程思路将ＵＧ的三维参数化造型、自由曲面扫描等功能有机结合起来，采用去除材料法生成三维模型。
由于斜齿轮的齿面为渐开螺旋面，故其端面的齿形和垂直于螺旋线方向的法面齿形是不相同的，法面参数和端面参数也不相同。
在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中建模的方法是，画出端面齿形然后通过投影关系获得其法面轮廓线，再画出能表达端面齿顶圆上某一点沿轴向运动的螺旋线轨迹；然后用特征命令扫描出完成斜齿轮的齿坯，通过布尔运算获得单个齿槽，并通过环形阵列最终获得斜齿轮的完整轮齿。
斜齿轮的精确建模及有限元分析
计算机应 用
斜齿轮的精确建模及有限元分析
杨汾爱 ! 龙小乐 ! 鲍务均
" 武汉大学动力与机械学院 ! 湖北武汉 &#""’! #
摘要 ! 利用 ()* + , 强大的参数化设计功能 ! 精确地实现了斜齿轮的三维建模 " 通过 ()* + , 与 -./0/ 的 连 接 ! 运 用 有 限 元 方 法对斜齿轮进行了应力分析 " 关键词 ! ()* + , # 斜齿轮 # 精确建模 # 有限元 中图分类号 ! 12$#!3&$ 文献标识码 ! 文章编号 ! $5"464&4! 7!55!8 5%655’$65!
-./0/ 的连接 ! 对其应力进行有限元分析 "
! 斜齿轮的精确建模
&@ ’ 软件介绍
()* + ,.AB.,,C #: 实 体 设 计 系 统 是 由 (19 公 司 开 发
出来的! 其界面友好! 功能强大! 已成为业界最普及的
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法 面 模 数 ./ H#LL ! 法 面压力角 %/H!"K ! 法 面 齿 顶 高 系 数 0 2/ H@ ! 法 面顶隙系数 3/ H"3!? ! 齿宽 4H#"LL " 可计算出 $ 基圆半径
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在 以 上 关 系 式 中 # " 为 刀 顶 圆 角 圆 心 )’ 距 中 线 的 距 离 $ ! 为刀 顶 圆 角 圆 心 *’ 距 刀 具 齿 槽 中 心 线 的 距 离 $ &’ 为 刀 顶 圆 角 半 径 $ +% 为 齿 顶 高 系 数 $ ( 为 径 向 间 隙 系 数 $ " 为模数 $ " 为分度圆压力角 % 用齿条型刀具加工 齿 轮 # 是 刀 具 的 加 工 节 线 与 齿 轮 的 加工节圆相切纯滚# 如图 ’ 所示建立坐标系# - 是节点#
大型船用斜齿轮参数化建模及其接触有限元分析
第２ 期
严 国平 ， ： 型 船 用 斜 齿 轮 参 数 化 建 模 及其 接触 有 限元 分 析 等 大
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有 接触 单 元 ， Ｇ 表 示 接 触点对 间隙 矩 阵 ， 表 以 ｏ Ｑ
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维普资讯
第 ３ １卷 第 ２ 期
武汉理Ｔ 学报鸯 霾 ） 大学 （ 差
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（ ｒ ｎ ｐ ｒａｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｅ ｇｎ ｅ ｉｇ Ｔ ａ ｓ ｏ ｔｔ ｃｅ ｃ ｏ ｎ ｉｅ ｒ ） ｎ
受大 载荷 ， 际工 作环 境较 为恶 劣 ， 实 因此齿 轮副 在 连续 啮合 过程 中的齿 面接触 应 力和齿 根弯 曲应 力
是 令人关 注的重要 指标 ． 而齿 轮啮合 是一个高度边
界 条件非 线性的接触 物理 问题 ， 且斜齿 轮建模较 为
困难 ， 国内外 的一些研 究人员利 用有 限元 技术做 了 大 量的研 究． 如采 用 Ｉ ＡＳ软件建 模求解 幻； — ＤＥ 采 用 Ｐ ｏ Ｅ ｇｎ ｅ 建模 并 导入 ＡＮＳ ｒ ／ ｎ ｉｅ ｒ ＹＳ中求解 口 ； 采 用 ＵＧ 建模 并导入 ＭＳ ＭＡＲ Ｃ． Ｃ中求解等 ］ ． 由于有 限元 软件 对 于复杂 曲面建模 存在一 定 的 局 限性 ， 当前 对 于斜 齿 轮 的有 限元 研究 绝 大 部
限 元 参 数 化 设 计 语 言 编 写 相 应 的建 模 及 分 网程
序 ， 现 了斜 齿 轮在 有 限 元 软件 中的参 数 化建 模 实
斜线齿面齿轮插齿加工及有限元分析
斜线齿面齿轮插齿加工及有限元分析张瑞锋;裴朋超;张昆仑;焦生杰【摘要】接触强度和弯曲强度直接影响着斜线齿面齿轮副的使用寿命,是其设计的重要指标.以斜线齿面齿轮副为基础,研究准共轭齿廓的展成原理,建立面齿轮齿面的精确数学模型,并进行齿宽设计;采用逆向建模软件CATIA建立高精度实体模型,利用ABAQUS对齿轮副进行有限元分析,提取出倾角为0°和倾角为5°时两组不同的斜线齿面齿轮副的接触应力曲线和弯曲应力曲线,进行比较得出了弯曲应力和接触应力的产生位置和变化情况,为斜线齿面齿轮的可靠性提供了参考.%Contact strength and bending strength have a direct impact on the life of the helix face gear pairs,which are important indicators of its design. Basing on helix face gear pair, studied the generating principle of quasi-conjugated tooth surface, established accurate mathematical model of face gear tooth surfaces,and designed tooth width.Established high-precision solid model by reverse modeling software ing ABAQUS to finite element analysis of gear pairs,extracted on 0 degrees and 5 degrees two different sets of helix face gear contact stress curves and bending stress curves,and compared them,obtained the generating position and changes of the bending and the contact stress,provided a reference for the reliability of helix face gear.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】4页(P40-42,46)【关键词】斜线齿面齿轮副;齿宽设计;CATIA;ABAQUS;接触应力;弯曲应力【作者】张瑞锋;裴朋超;张昆仑;焦生杰【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064;长安大学工程机械学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言面齿轮传动能够传递相交轴运动[1]，具有传动平稳、结构紧凑等优势[2]，能很好地满足航空航天领域传动系统的设计要求。
某变速器斜齿轮的设计与有限元分析
摘要斜齿轮运动作为工业生产中最主要的方式之一，其存在传动效率高、功率大、运动精确、寿命久、安全性能好等特征，它主要用于任何两根轴之间进行运动和作用力的传输。
随着工业和生产技术的高速发展，对工业运动控制的精度有了更高的要求，斜齿轮有限元分析法使用得到了广大学者们的密切注意。
本设计运用Ansys Workbench软件对斜齿轮进行了有限元的分析，包括斜齿轮的静态分析和斜齿轮变形分析。
因为我们拥有现有的斜齿轮的三维模型及斜齿轮啮合时的三维模型，所以只需要在Ansys Workbench中，直接将三维模型依次导入其中；再然后，在Ansys Workbench软件中依次对两种三维模型进行有限元的分析，获得各自的应力分布云图和形变量图；最终，对斜齿轮和啮合的斜齿轮副依次进行静力与变形的答案汇总，并将汇总得出的结论进行分析，并得出最终评价。
关键词：斜齿轮，有限元分析，应力云图，Ansys WorkbenchAbstractOne of the helical gear movement as the main way of sports industry, with large transmission power, high efficiency, precision, long working time, safe and reliable characteristics, it is mainly used for transmission between any two axes of motion and force. With the rapid development of industry and production technology, the accuracy of industrial motion control has been more and more demanding.This design uses the Ansys Workbench software to carry on the finite element analysis of the helical cylindrical gear, including the static analysis of the helical gear and the deformation analysis of the helical gear. Because we have three-dimensional three-dimensional model of helical gear and the helical gear pairs, so only in the Ansys Workbench, will turn into the direct 3D model; then, in the Ansys Workbench software in finite element analysis of two kinds of three-dimensional model, get the stress distribution and deformation diagram each other; finally, the meshing of helical gear and helical gear pair in the static deformation and answer summary, and the summary of the conclusion of the analysis, and draw the final evaluation.Keywords:Helical cylindrical gears，Finite element analysis;，Stress nephogram，Ansys Woekbench目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 1 绪论. (1)1.1论文研究的意义 (1)1.2本论文研究的主要内容和特征 (1)1.3有限元分析介绍 (2)1.3.1有限单元法的发展及应用 (2)1.3.2Anysys Workbench软件特征 (3)1.4本论文研究的主要目的 (4)1.5本章小结 (4)2 变速器和齿轮 (5)2.1汽车变速器的发展 (5)2.2汽车变速器齿轮的作用 (5)2.3齿轮的发展与分析 (6)2.3.1 齿轮的特点及种类 (6)2.3.2 国内外齿轮的分析概况 (7)2.3.3 齿轮有限元分析基本原理 (9)3斜齿轮工况下的失效分析 (10)3.1斜齿轮运动时的特征概述 (10)3.2斜齿轮的主要失效形式 (11)3.3斜齿轮的改进措施 (12)4 斜齿轮的有限元分析 (14)4.1斜齿轮有限元模型的建立 (14)4.2斜齿轮静力分析 (15)4.2.1模型载荷和约束的施加 (15)4.2.2添加材料的属性 (16)4.2.3 网格的划分 (16)4.2.4 Ansys Workbench分析 (17)4.3斜齿轮对变形有限元分析 (20)4.4图形结果分析与对比校核 (22)4.4.1图形结果分析 (22)4.4.2两种疲劳强度校核 (23)4.5本章小结 (23)5 总结 (24)5.1总结 (24)5.2展望 (24)参考文献 (26)致谢 (27)1 绪论1.1论文研究的意义就在目前的工业情形之下，不可否认工业运动中最重要的运动之一就是斜齿轮运动，其应用范围之广包括了工业、冶金、矿业、汽车、及船舶等领域[1]。
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告齿轮箱是现代机械设备中重要的组成部分，它广泛用于各种机械传动系统中，如车辆、工程机械等。
因此研究齿轮箱的动力学特性对于机械传动系统的设计、优化和性能提升具有重要意义。
本文通过有限元模态分析和试验研究，对齿轮箱的动力学特性进行了分析和研究。
首先进行有限元模态分析，使用ANSYS软件建立了三维齿轮箱模型，并对其进行了固有频率和模态分析。
在分析过程中，设定了模型的约束和加载条件，确保模型模拟的真实性与可靠性。
通过模态分析，得到了齿轮箱的固有频率和模态形态，并且确定出了前几个重要频率的数值。
结果表明，齿轮箱的固有频率主要集中在数百Hz的高频段。
为了验证有限元模态分析结果的准确性，本文设计了试验验证方案。
首先，使用激光精密测量仪对齿轮箱的位移进行测量，并将测试数据存储为动态位移序列。
然后，基于FFT算法对动态位移序列进行频谱分析，得到齿轮箱的频响函数。
最后，通过对比有限元模态分析结果与试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
试验结果表明，模型的预测结果与试验结果相符，二者的误差在可接受范围内。
综上所述，本文采用有限元模态分析和试验验证两种方法，对齿轮箱的动力学特性进行了研究。
结果表明，齿轮箱具有较高的固有频率，且主要分布在数百Hz的高频段。
通过试验验证，证明了有限元模态分析方法的准确性和可靠性。
这些结果对于齿轮箱的优化设计、结构改进和性能提升具有重要参考价值。
齿轮箱的有限元模态分析和试验研究，采用了多项相关数据。
在本文中，我们主要关注以下数据：1. 齿轮箱模型的材料性质2. 模型的约束和加载条件3. 模型的固有频率和模态形态4. 齿轮箱的位移测试数据5. 齿轮箱的频响函数6. 模型预测结果与试验结果的误差对于第一项数据，齿轮箱的材料性质是有限元模型分析的关键。
正确的材料参数可以确保分析结果的准确性和可靠性。
在本文中，我们将齿轮箱的材料定义为铸铁，其杨氏模量为169 GPa，泊松比为0.27。
基于Ansys Workbench的斜齿轮轴有限元静力分析
1.2 齿轮轴的受力分析 转 轴 同 时 承 受 扭 矩 和 弯 矩， 必 须 按 弯 曲 和 扭 转 组 合
强度进行计算。完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷 （扭矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点 反力等就已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的 强度校核。进行强度计算时，通常把轴当作置于铰链支座 上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为 零件轮毂宽度的中点。支点反力的作用点一般可近似取在 轴承宽度的中点上。将扭矩按照斜齿轮受力情况分解为分 度圆法相、切向力及轴向力，画出齿轮轴的空间力系图如 图 2 所示。
设计与研究
15
基于 Ansys Workbench 的斜齿轮轴有限元静力分析
韩玉娟 池振坤
（江苏省淮安市高级职业技术学校，淮安 223001）
摘 要：本文对某大型船用绞车上使用的斜齿轮轴的受力情况与强度校核进行了理论分析，并利用 CATIA 建立斜齿轮轴三维模型，通过有限元分析软件 ANSYS Workbench 对齿轮轴进行静力分析，得到应力与应变分布 云图，以达到强度校核的目的。该分析方法缩短了轴类零件设计时间，对轴类零件设计具有指导作用。
斜 齿 轮 模 型 参 数： 模 数 m=10， 齿 数 z=20， 分 度 圆 半 径 r=mz/2=100mm， 齿 顶 圆 半 径 rk=r+m=110m， 齿 根 圆 半 径 rf=r-1.25m=87.5mm，节圆螺旋角 β=10°，法相压力角 αn=20°，尺厚为 50mm。
图 1 为斜齿圆柱齿轮传动的受力情况。当主动齿轮上 作用转矩 T1 时，若接触面的摩擦力忽略不计，由于齿轮倾斜， 在切于基圆柱的啮合平面内，垂直于齿面的法向平面作用 有法向力 Fn，法向压力角为 αn。
起毛机斜齿轮传动参数化设计与接触应力有限元分析
螺 旋 角 齿 顶 高 系数 ｈ
１。 ６ １ （ ｎ ．Ｏｍｔ ）
顶 隙系数
齿 宽 齿 顶 高 齿 根 高
Ｃ ｘ
Ｂ ｈ ａ ｈ ｆ
０ ２ ｆ ．５Ｉ ｎ Ｔ
１０ ０ ９ ．０ＩＩ ０ ．０ｍｍ ５ ０ ＩＩ ＴＴ ５ ０ ｉ ．０ｒ ｎ ａ ６ ２ ３Ｉ ．５ｎＴ Ａ
具” “ 一 参数” 命令 ， 输入斜 齿轮设计 的基本参数 ， 从
而建 立用 户参 数 。根 据参 数 化 思 想 ， 只需 输 入 如 表
基准 面 Ｄ Ｍ１并绕 轴 Ａ 一１旋 转 ３０（ ） Ｔ ， ６／４ｘＺ 的角
度 ， 立基准面 Ｄ 建 ＴＭ２ 从 而渐 开 线 以 Ｄ Ｍ２为 基 ， Ｔ
表 ２ 斜 齿 轮 用 户 参 数 设 定 名称 Ｍｎ
Ｚ ａ ｈ ｌａ ｐ
类 型 实 数
实 数 实 数
值 ５
２ ５ ２ ０
源 用 户 定 义 的
用 户 定 义 的 用 户 定 义 的
２ 起 毛机斜齿轮参数化 建模
２ １ 设计 思路 ．
斜 齿 轮设 计 的关 键是 其 齿 廓 的设 计 ， 型 的准 造 确性 关 系到斜 齿 轮 最 终 的设 计 质 量 ， 主要 包 括 端 面 齿廓 曲线 的形 成 和齿廓 曲面 的形 成 两个 方 面 ：
纺织 技术 ， ０ １３ ． ２０ （）
［ ］ 吴红 ． ３ 几种假机 械波及不 规则 波谱 图和曲线 图 的分 析 ［］棉 纺织技术 ， ０ ８ ２ ． Ｊ． ２０（ ）
［ ］ 肖国兰 ． １ 电容式条干 仪波谱 图实 例分 析 ［ ． 京 ： Ｍ］北 中
基于ANSYS的斜齿轮有限元模态分析资料
斜齿轮模态分析
机械设计制造及其自动化概述：本次分析分析题目为机械设计课程设计二级减速器低速轴齿轮一、UG建模
二、模型导入
三、生成实体，输入命令
生成实体
四、定义单元类型(SOLID45)输入命令
添加单元类型
五、选择材料（弹性模量、泊松比、密度）定义弹性模量，泊松比
定义密度
六、划分网格
七、施加约束
在键槽孔施加约束
八、选择分析类型，扩展模态
定义扩展模态
九、求解
十、实验结果及分析一阶模态
变形图
节点应力图
最大变形为0.156X10^-4mm
二阶模态变形图
应力图
最大变形为0.157X10^-4mm 三阶模态
应力变形
应力图
最大变形为0.125X10^4mm
四阶模态应力变形
应力图
最大变形为0.188X10^4mm 五阶模态
应力变形
应力图
最大变形为0.196X10^4mm。
基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验
基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验摘要：斜齿轮齿廓修形可以改善斜齿轮的运行性能，通常有对齿廓角度、对齿廓深度、对齿宽度等多种方法可供选择，而接触有限元分析技术是用来研究表面接触状况的一种高效的方法。
本文首先研究了斜齿轮齿廓改型的传统分析方法，然后介绍了接触有限元分析的基本原理和实现方法。
在此基础上，结合斜齿轮齿廓修形的计算结果，对五种不同齿廓改型参数下的表面接触状况进行了研究，最后利用实验数据验证了接触有限元分析的准确性，得出了斜齿轮齿廓修形的最佳参数。
关键词：斜齿轮，齿廓修形，接触有限元分析，表面接触绪论随着科技的发展，机械传动系统的性能要求也提高，斜齿轮是传动系统中不可或缺的重要一环，其传动性能和可靠性直接影响到系统的运行效果。
斜齿轮的传动质量和耐用性主要取决于其齿廓修形水平，因此如何优化斜齿轮齿廓配合就成为传动中重要的研究课题。
斜齿轮齿廓修形一般有对齿廓角度修形、对齿廓深度修形、对齿宽度修形和精调配合方向等多种方法可供选择。
传统的计算方法，例如椭圆型配合理论、圆锥球型配合理论等，将数学模型建立后，利用迭代方法来求解配合参数，有一定的局限性，无法很好的反映接触变形情况。
由于传统分析方法存在局限性，随着计算机技术和有限元分析技术的发展，接触有限元分析技术已成为斜齿轮齿廓修形研究的新工具。
接触有限元分析技术是用来研究表面接触状况的一种高效方法，可以有效的模拟复杂的接触情况，反映出表面搓滑过程中的紊流状况，因此在斜齿轮齿廓修形中有着重要的应用价值。
本文的主要内容如下：第一部分主要介绍斜齿轮齿廓修形的传统分析方法；第二部分主要介绍接触有限元分析技术；第三部分主要结合斜齿轮齿廓修形的计算结果，利用接触有限元分析技术对不同齿廓改型参数下的表面接触状况进行研究，最后利用实验数据验证了接触有限元分析的准确性，提出斜齿轮齿廓修形的最佳参数。
一、斜齿轮齿廓修形的传统分析方法1、椭圆型配合理论椭圆型配合理论是用来研究斜齿轮接触情况的一种经典配合理论。
有限元分析法在齿轮设计中的应用
有限元分析法在齿轮设计中的应用摘要：本文利用有限元分析，显示出齿轮的应力分布情况，找出应力集中点，形成对齿轮分析的一整套方法，对新齿轮的设计提供理论依据。
由于齿轮在传递动力时，轮齿处于悬臂状态，在齿根产生弯曲应力和其他应力，并有较大的应力集中，因而易造成轮齿折断，本文所选的齿轮为输入轴端的大齿轮。
关键词：有限元分析法；齿轮设计；应用1、前言现代机械零件不仅承受各种复杂机械载荷，还可能工作在热、电、磁、流体的环境中，因此零件设计不仅要考虑机械载荷，还应对其他因素的作用进行计算，有限元软件的后处理器，用户容易获得和处理数值计算结果，并可利用图形功能进行深层次再加工。
2、创建有限元模型齿轮轮齿断裂现象在机械传动设备中是一种最为常见的齿轮损伤形式，也是造成齿轮失效的主要原因。
按照轮齿断裂的原因和断口性质可以分为过载断裂、轮齿剪断、塑变后断齿和疲劳断齿。
最常见的是疲劳断齿和过载断裂两种形式。
轮齿在长期受到过高的交变应力重复作用下，在轮齿的根部弯曲应力较大且应力相对集中的部位会产生疲劳裂纹（疲劳源），随着重复载荷作用的次数增多，原始的疲劳裂纹不断扩展，当齿根剩余截面上的应力超过其极限应力时，轮齿就会因过载最终导致疲劳断齿。
过载断齿是当实际载荷大大超过设计载荷，或因轮齿接触不良，载荷严重集中，使轮齿的应力超过其极限应力，在使用不太长的时间内产生轮齿整个或局部断裂。
某带式输送机传动装置为二级齿轮减速器，下面以高速级齿轮设计为例来说明齿轮传动的设计。
其输入功率P＝10kW，输入转速n1＝960r/min，选择高速级齿数比u＝3.2、斜齿圆柱齿轮传动、7级精度。
其中小齿轮材料为40Cr，调质处理，齿面度280HBS；大齿轮材料为45钢，调质处理，齿面硬度240HBS。
按常规设计方法设计，最终设计出的高速级齿轮的参数为：Z1＝31，Z2＝99，Mn＝2mm，螺旋角β＝14°02′5″，齿宽B1＝70mm、B2＝65mm，中心距134mm。
斜齿轮的优化设计与有限元分析
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。
齿轮有限元分析
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；CAEGear Transmission Of Finite Element Analysis AndOptimizationAbstractANSYS is along with the rapid development of electronic computers and developed a computational mathematics, computational mechanics and engineering science, the most effective general finite element analysis software. It is hot, the fluid, structure, electromagnetic, acoustics integration in the universal finite element analysis software for commercial. Using the ANSYS finite element analysis, all kinds of machine parts, can carry out stress, strain and structural deformation, fatigue analysis of some complex system, and the simulation, the design and realization of virtual human, to save money and material. Due to its convenience, practicability and validity, ANSYS software, especially in the field of mechanical engineering has been widely used.Gear is commonly used in machinery, a part of the work in process of stress, strain and can produce deformation, so as to ensure the normal working of gear teeth and to overall analysis, ensure the stiffness and strength. This thesis of ANSYS software of gear static analysis and optimization of virtual design of gear.Gear is one of the most important parts. It has big power range, high transmission efficiency and transmission ratio correctly, long using life, etc, but from the failure parts, gear is the most vulnerable parts of the fault. According to statistics, in all kinds of mechanical failure, gear failure is accounted for 60% of the total failure. One of the broken tooth gear is one of the main reasons.Gear meshing process as a contact, because involves contact state changes a complex nonlinear problems. The traditional theory of gear analysis was based on the basis of elastic mechanics, the contact strength for gear with two parallel computation formula of the cylinder pressure, based in Hertz calculation process in many assumptions, was not accurate in reflecting gear meshing process of stress and strain distribution and change. Relative to the theoretical analysis, finite element method, the principle is convenient and fast accurate, etc. Involute tooth profile surface is curved, so the difficulties and modeling key lies in how to determine the precise involute. Through PDL coupler, single mode WDMS directly in order to create ANSYS flow standard spur gears, study on parts of ANSYS software, and the meshing geometric modeling and static load and the solving of solving the check, analysis and optimization.Key words: ANSYS; Finite element; Gear; CAE目录1 绪论.................................................................................................................................... - 1 -1.1有限元概述................................................................................................................................. - 1 -1.2选题背景..................................................................................................................................... - 3 -1.3 本文主要工作............................................................................................................................ - 3 -2 ANSYS准备工作................................................................................................................. - 4 -2.1 ANSYS安装与启动..................................................................................................................... - 4 -2.1.1 许可证服务器安装........................................................................................................ - 4 -2.1.2 主程序安装.................................................................................................................... - 5 -2.1.3 启动许可证服务器........................................................................................................ - 7 -2.1.4 ANSYS启动与配置......................................................................................................... - 8 -2.2 设置工作目录.......................................................................................................................... - 10 -2.3 指定作业名与分析标题.......................................................................................................... - 10 -2.3.1 指定作业名.................................................................................................................. - 10 -2.3.2 指定分析标题...............................................................................................................- 11 -2.4 定义图形界面过滤参数...................................................................................................- 11 -2.5 ANSYS单位制................................................................................................................... - 12 -2.6 选取和定义单元.............................................................................................................. - 13 -3 在ANSYS中建立齿轮分析模型...................................................................................... - 15 -3.1 几何模型的建立...................................................................................................................... - 15 -3.1.1 大小齿轮的具体基本参数和尺寸 .............................................................................. - 15 -3.1.2 渐开线的生成原理...................................................................................................... - 16 -3.1.3 创建渐开线曲线.......................................................................................................... - 16 -3.1.4 生成齿根过渡曲线...................................................................................................... - 18 -3.1.5 生成完整齿廓线.......................................................................................................... - 18 -3.1.6 生成完整齿轮的面...................................................................................................... - 19 -3.1.7 生成大齿轮.................................................................................................................. - 20 -3.1.8 生成两齿轮的啮合图.................................................................................................. - 22 -3.2 几何模型的网格划分.............................................................................................................. - 22 -3.2.1 定义单元属性.............................................................................................................. - 23 -3.2.2 定义网格生成控制并生成网格 .................................................................................. - 24 -4 ANSYS静力加载与静力求解........................................................................................... - 27 -4.1创建接触对............................................................................................................................... - 27 -4.2 ANSYS施加边界条件和加载................................................................................................... - 29 -4.3 ANSYS求解............................................................................................................................... - 31 -5 求解结果的分析和优化.................................................................................................. - 32 -5.1 求解结果查看.......................................................................................................................... - 32 -5.2 结果分析及结论...................................................................................................................... - 34 -5.3 对齿轮的优化.......................................................................................................................... - 35 -6 全文总结与展望.............................................................................................................. - 36 -6.1 全文总结.................................................................................................................................. - 36 -6.2 工作展望.................................................................................................................................. - 36 - 参考文献.............................................................................................................................. - 37 -附录...................................................................................................................................... - 38 - 致谢.................................................................................................................................... - 47 -绪论1 绪论1.1有限元概述有限元是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
渐开线斜齿轮的优化设计
渐开线斜齿轮的优化设计摘要：论述了渐开线斜齿轮的优化设计的方法。
本文分析齿轮传动，推出了在重载，高速情况下使用优化设计的渐开线斜齿轮传动，得到高的使用价值。
关键词：渐开线斜齿轮；齿轮传动；齿根；齿顶修形；齿端修形；齿形修形引言齿轮传动是现代机械传动中应用最广泛、最主要的一种传动。
渐开线齿轮传动在齿轮传动中更是举足轻重，它有如下优点：（1）它能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠。
（2）他结构紧凑，传动效率高，使用寿命长。
面对现在社会发展方向——广泛所需高承载，高速传动，高效率，低噪音，长寿命的机械传动，本文提出了应用优化设计的渐开线斜齿轮传动。
一对渐开线斜齿轮啮合时，齿面上的接触线时由一个齿轮的一端齿顶（或齿根）处开始，逐渐由短变长，再由长变短，至另一端的齿根（或齿顶）处为止。
因此，每一个斜齿上所受的载荷也是连续的有小到大，又有大到小。
由于斜齿轮的轮齿是螺旋状的，实际的啮合线长了，同时进入啮合的齿数就比直齿多了，因此单位齿面积受的载荷比直齿小了，承载能力就大了；冲击、噪声、振动也大为减小，适用于高速传动；使用寿命长。
无数的社会实践已经证明了这令人可喜的成果。
在此基础上，优化渐开线齿轮的设计，就又有了锦上添花的效果，具体方法如下文。
1.巧用渐开线斜齿轮的根切现象无论是在理工类大学的机械设计课本还是在某些机械设计手册或杂志，大家都可以看到“制造齿轮应该避免根切现象”这句话。
一般情况下，用范成法加工渐开线齿轮时，刀具的顶部接触到齿轮的根部，产生根切。
这时齿根受到根切变窄，使其强度削弱，齿轮传动的平稳性受到影响，每个轮齿分担的载荷也加大，齿轮容易损坏，所以对于软齿面或一般齿轮应该避免根切现象。
设计时为避免根切现象的发生，齿数不应小于17，这些话更无可厚非。
但面对社会所需，对于齿数大于17的硬齿面渐开线斜齿轮，可以有意制造根切现象，并且巧用的这种根切现象。
众所周知，硬齿面渐开线斜齿轮是必须经磨削加工的。