基于ANSYS的汽车传动齿轮有限元分析与优化设计

1、宁学院毕业设计(论文)基于ansys的汽车传动齿轮有限元分析与优化设计所在学院宁波大红鹰学院专 业机械设计制造及其自动化班 级姓 名学 号指导老师 2012年 04 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于ansys的汽车传动齿轮有限元分析与优化设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要齿轮，汽车行业主要的基础传动元件，通常每辆汽车中有1830个齿部，齿轮的质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。本文针对齿轮在汽车设计中应用的广泛性和通用性，根据相关总成对汽车齿轮进行分类；同时根据

2、机械零件中有关齿轮的设计原理，利用ansya 的参数化函数设计功能建立各种汽车齿轮的三维模型；并结合ansys的知识工程，利用 ansys的功能，建立了一套较完整的汽车齿轮库。该齿轮库能够在汽车设计中进行直接调用，为汽车设计工作提供了极大的便利。关键词：ansys；有限元；齿轮；caeiiiabstractgear 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 workin

3、g 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,

4、 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 co

5、ntact, 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 as

6、sumptions, 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

7、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 wo

8、rds: ansys; finite element; gear; cae目 录摘 要iabstractii目 录iii第1章 绪论11.1有限元概述11.2选题背景21.2.1 齿轮工业介绍21.2.2 国内外发展的状况21.3 本文主要工作4第2章 设置工作目录52.3 指定作业名与分析标题52.3.1 指定作业名52.3.2 指定分析标题62.4 定义图形界面过滤参数62.5 ansys单位制72.6 选取和定义单元8第3章 在ansys中建立齿轮分析模型103.1 几何模型的建立103.1.2 渐开线的生成原理103.1.3 创建渐开线曲线113.1.5 生成完整齿廓线213.1.6

9、生成完整齿轮的面223.1.7 生成大齿轮233.1.8 生成两齿轮的啮合图323.2 几何模型的网格划分333.2.1 定义单元属性333.2.2 定义网格生成控制并生成网格35第4章 ansys静力加载与静力求解384.1创建接触对384.2 ansys施加边界条件和加载414.3 ansys求解44第5章 求解结果的分析和优化- 46 -5.1结果图片- 46 -5.2 结果分析及结论475.3 对齿轮的优化47总结与展望48参考文献49致 谢50附录a xxxx52附录b公式、图表53附录c：书脊56附录d 1/f频谱图57附录e 一维1/f波动数据的生成58注意事项：在具体章的题目中

10、可能有空格，但在目录中无需空格； 可以点击鼠标右键并选择“更新域”进行自动更新目录。 标题到三级为止，不要出现四级及以上标题。 第1章 绪论第1章 绪论1.1有限元概述齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，形式很多，应用广泛。齿轮传动具有传动功率范围大，结构紧凑，传动比准确。适应寿命长，工作可靠性好等优点，因此齿轮传动技术成为机械工程技术的重要组成部分，在一定程度上标注着机械工程技术的水平。由于齿轮传动在机械行业至整个国民经济中的地位和作用，齿轮被公认为工业和工业化的象征。 但从零件的失效情况来看，齿轮也是最容易出故障的零件之一。齿轮传动在运行工况中常常会发生齿轮折断，齿面磨损，齿面点蚀，齿面胶

11、合，塑性变形等和多问题。导致传动性能失效，进而引发严重的生产事故。据统计，在各类机械故障中齿轮失效就占总数60%以上，其中齿面损坏和齿根断裂均为失效的主要原因，因而有必要对齿轮接触状态的强度性能进行合理的评估并校核其结构的可靠性。为此人们对齿轮的齿面的齿面接触应力进行了大量的研究与分析。然而，传动齿轮复杂的应力分布情况和变形机理成为了齿轮设计困难的主要原因，而有有限元理论和各种有限元分析软件的出现，让普通设计人员无需对齿轮座大量的分析研究，就可以基本掌握齿轮的受力和变形情况，并可以利用有限元计算结果，找出设计中的薄弱环节，进而达到齿轮进行设计目的。由美国ansys公司开发的计算机模拟工程结构有

12、限元分析软件ansys现已成为世界顶端的有限元分析软件。它具有功能强大的前后处理及计算分析能力，目前广泛应用于土木。水利电，汽车，机械，采矿核工业，船舶，日用家电等领域，ansys软件作为一款通用有限元分析软件，起强大的建模，网络划分和分析功能极大的方便了用户对产品分析。本文以ansys软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研究了在ansys环境下实现齿轮精确建模，齿根应力分析，接触应力分析的方法。 随着计算机技术的日益普及和fea技术的蓬勃发展，人们已经广泛采用计算机有限元仿真分析来作为齿轮强度校核的方法，而齿轮传动向重载，低速，低噪，高可靠性fangxiang发展，现代齿轮设计对齿轮传动系统的

13、静，动态特性提出了更高的要求。齿轮设计的主要内容之一是轮齿。因此，建立比较精确的分析模型，准确的掌握轮齿应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。 本文采用apdl语言在ansys中完成齿轮精确建模，这种在ansys中建立的模型与其他诸如ug,proe等cad软件中建立模型，然后导入到ansys中进行分析相比，既省时省力，又克服了模型转换过程中容易出现的一些问题。根据有限元分析结果，与赫兹公式结果进行对比，验证了分析结果的可靠性，在保证结构安全可靠运行的条件下，提高设计制造的效率，降低设计研制成本1.2选题背景1.2.1 齿轮工业介绍齿轮常见于现代工业设备中，它甚至通过家用车辆和家用器械渗入到寻

14、常百姓的日常生活中。因此，齿轮作为工业的象征，被画在我国庄严的国徽上。50年代我国齿轮工业几乎从零起步，第一个五年计划期间我国开始发展齿轮制造业，至60年代中期奠定了初步基础，在不同行业中建立了若干具有代表性的齿轮制造车间。70、80年代后，通过国家重点投入和数量可观的技术引进，以及改革开放政策的深入贯彻，我国齿轮工业又有了新的发展，形成了一个门类齐全，颇具规模的工业。本世纪20、30年代后汽车工业的迅速发展和生产的日益规模化，使汽车齿轮成为大批量生产的典型1。汽车齿轮一般采用中模数，高效节材制齿和渗透淬火工艺，制造精度一般为68级；轿车及客车用的齿轮精度为57级。而且对组件运转性能要求较高，

15、我国汽车齿轮的产量约占全国齿轮总产量的1/2左右。1.2.2 国内外发展的状况二十一世纪是一个高速发展的世纪，我国的各行各业正以惊人的速度向世界看齐，特别是机械制造业正以一个前所未有的速度在向前发展。在面向装配设计过程中，为提高设计效率，减少重复劳动，缩短产品开发周期，建立三维零件库是必不可少的一个重要环节2。在基于 catia v5、pro/e、ug 为平台的三维参数化机械产品的设计中，标准件、常用件，它们在结构、尺寸方面都已标准化或部分重要参数已标准化、系列化了，为了避免设计人员花费大量时间来进行这些重复性的工作，提高设计效率和产品的开发速度，降低产品的开发成本，并实现组件快速、准确的装配

16、，按我国的有关设计标准，通过利用 catia v5 中的 catalog、pro/e 中的族表、ug中的 part families 等开发工具来建立标准件、常用件的三维参数化图库尤为重要和必要。为此，许多企业经常自己建立一些小型的标准件库或专业零件库。从制造业全行业的角度来看，这样做不仅导致大量人力、物力和时间被耗费在重复的工作中，而且由于各单位条件限制及使用目的不同，很难建立一个完整、通用的零件库，对于因标准改变等情况引起的零件库更新也无法很好地解决。网络环境及其开发技术的飞速发展为企业共享零件库服务提供了手段，在开发网络环境下 asp.net 技术与 web 数据库技术相结合的虚拟零件库

17、及相应的 asp 服务平台，将能够使企业以较少的资金得到范围更加广泛、分类更加精细的零件库服务，达到支持网络化设制造和企业件技术协作，提高企业产品创新能力和开发效率的目的。例如，杭州新迪数字工程系统有限公司开发的：三维资源在线网 。在这个平台上，设计人员可以轻松找到我们国家现有的各类标准件、行业常用件以及供应商产品目录，动态配置、预览、并最终下载这些三维产品实体模型。齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。齿轮通过与其它齿状机械零件（如另一齿轮、齿条、蜗杆）传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能3。由于传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，齿轮机构在汽车工业产品中广

18、泛应用，其设计与制造水平直接影响到汽车产品的质量。设计人员在汽车设计中齿轮是最常用的零件，但是齿轮的曲线形状复杂在很多软件中是不能直接生成的，需要设计人员一步一步地操作，过程极其繁琐，设计的效率很低，因此对于汽车齿轮库的建模提出了要求。本文对目前国内外在这方面的研究情况作了简单的调研，并查阅了大量的相关文献，目前国内外对二维图形参数化和简单三维实体的参数化的研究较为成熟。对复杂的三维实体的参数化的造型研究还不多见，特别是像汽车齿轮这类形状复杂、精确齿形的三维实体的参数化的造型设计更为少见。其原因，一是齿轮二维图形参数化设计能够满足传统的齿轮加工要求，另一方面是运用低档 cad 软件对复杂的三维

19、实体很难实现参数化虚拟造型设计。随着虚拟制造技术的迅速发展，用大型通用的cad软件对汽车齿轮的三维实体进行参数化虚拟造型设计已成为设计者的迫切需要4。ansys、pro/e、ug 等提供的二次开发工具给三维实体造型提供了极大的方便，它可以避免对三维实体的重复造型，极大地提高设计效率。综上所述，基于ansys 的汽车齿轮库建模有重大的理论和实际意义。1.3 本文主要工作1. 利用有限元软件建立齿轮分析模型2. 利用ansys对分析模型进行静力分析3. 对有限元分析结果进行分析和优化齿轮主要参数主动轮从动轮材料45钢45钢齿数3059模数m/mm2.52.5分度圆压力角齿顶高系数11泊松比0.30

20、.3弹性模量/gpa206206齿宽/mm3030螺旋角00中心距a/mm11251第2章 设置工作目录第2章 设置工作目录ansys分析目录一旦设定好，以后ansys软件操作所产生的所有文件都将存放在此目录下，建议对不同的分析用不同的工作目录，这样可确保每次分析所产生的文件不会覆盖的危险。如果没有指定工作目录，默认的工作目录为系统所在盘的根目录。工作目录设置方式有两种：l 在进入ansys软件之前通过入口选项所进行的设置(参见1.3.4节)；l 进入ansys软件后，可通过如下方法实现： 命令方式：在命令输入窗口中输入/cwd, dirpath（重新指定的工作目录）； gui方式：utili

21、ty menuchange directory，在弹出的对话框中填入指定的工作目录，单击【确定】按钮。如图2.11所示。图2.11 指定工作目录2.3 指定作业名与分析标题该项工作与设定工作目录一样，不是进行一个ansys分析过程必须的，但ansys推荐使用作业名和分析标题。2.3.1 指定作业名作业名被用来识别ansys作业。当为某个分析定义了作业名后，作业名就成为分析过程所产生的所有文件名的第一部分(jobname)(这些文件的扩展名是文件类型的标识)。通过为每次分析指定不同的作业名，同样可以确保文档不会在以后的操作中无意问被覆盖。如果没有指定作业名，所有文件的作业名默认为file或者fi

22、le(大小写取决于所使用的操作系统，本书默认为小写)。可按下面的方法改变作业名：l 进入ansys软件时通过入口选项改变作业名（参见1.3.4节）。l 进入ansys软件后，可通过如下方法实现： 命令方式：/filname jobname（重新指定的作业名）； gui方式：utility menuchange jobname，在弹出的对话框中填入指定的作业名，单击【ok】按钮。如图2.12所示。图2.12 设置作业名需要注意的是，设置作业名仅在分析刚开始级（此时ansys不处于任何一个处理器之中，如果已经进入了任何一个处理器：比如运行了/prep7或者在主菜单中单击preprocessor子菜

23、单后，ansys就不再处于开始级）才有效。即使在入口选项中给定了作业名，ansys仍允许改变作业名，不过新的作业名仅适用于使用了/filname命令后打开的文件。在执行/filname命令前打开的文件，如记录文件、错误信息文件等仍然是原来的作业名（如果想使用新指定的作业名重新建立这些文件，可以将new log and error files选项选上即可，单击图2.12中的复选框即可，在选中此选项后，复选框后的提示文字将由“no”变成“yes”。2.3.2 指定分析标题可按下面的方法改变作业名： 命令方式：/title,title（重新指定的分析标题）； gui方式： utility menuc

24、hange title，在弹出的对话框中填入指定的作业名，单击【ok】按钮。如图2.13所示。ansys将在所有的图形显示、所有的求解输出中包含该标题。图2.13 设置分析标题2.4 定义图形界面过滤参数为了得到相对简洁的分析菜单，可以通过下面的方式过滤掉与当前所要进行的分的选项和菜单项。 命令方式：/keyw（重新指定的分析标题）； gui方式：main menupreference，在弹出的如图2.14所示的对话框中框中选取某个选项使以后出现的图形界面中过滤掉与选定分析选项无关模块的内容，本书主要讲述结构分析，因此选取structural(结构)选项。图2.14 设置图形界面过滤选项2.5

25、 ansys单位制ansys软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，可以使用任何一套自封闭的单位制（所谓自行封闭是指这些单位量纲之问可以互相推导得出)，只要保证输入的所有数据的单位都是正在使用的同一套单位制里的单位即可。所有单位基本上都与长度和力有关，因此可由长度、力和时间(秒)的量纲推出其他的量纲，下面列出常用输入数据的量纲关系：体积=长度2惯性矩=长度4应力=力/长度2弹性模量(剪切模量)=力/长度2集中力=力线分布力=力/长度面分布力=力/长度2弯矩=力长度重量=力容重=力/长度3质量=重量/重力加速度=力秒2/长度重力加速度=长度/秒2密度=容重/重力加速度=力秒2/长度4例如长度

26、单位为mm，力单位为n时，得出的导出单位如下：质量=重量/重力加速度=力秒2/长度=ns2/mm=(ns2/m)103=kg103=ton(吨)应力=力/长度2=n/mm2=(n/m2)106=mpa 可以根据自己的需要由上面的量纲关系自行修改单位系统，只要保证白封闭即可。ansys提供的/units命令可以设定系统的单位制系统，但这项设定只有当ansys与其他系统比如cad系统交换数据时才可能用到(表示数据交换的比例关系)，对于ansys本身的结果数据和模型数据没有任何影响。2.6 选取和定义单元下面将给出添加单元类型具体的gui操作路径，对于单元的选项，由于和具体的单元类型有关，在这里将不

27、做具体的介绍。此处以添加plane42单元作为例子来介绍添加单元的操作步骤。具体操作步骤如下：(1) 依次选择main menupreprocessorelement typeadd/edit/delete命令，弹出element types(单元类型)对话框，如图2.15所示。图2.15 添加单元类型(2) 单击【add】按钮。弹出library of element types(单元类型库)对话框，如图2.16所示。在图中左边的列表框中选择欲添加的单元类别(有梁、管，壳，实体等)，此处选择solid(实体)类别，然后在右边的列表框中选择具体的单元类型，此处选择四节点四边形单元，其编号为42

28、(即quad 4node 42)。图中element type reference number(单元类型参考号)一般不用指定，使用默认值即可。图2.16单元类型库对话框(3) 选择完毕单击【ok】按钮，如果确定了当前选择后还想继续添加单元类型，单击【apply】按钮。将返回到如图2.17所示的element types对话框。(4) 如果想改变单元的其他输入选项（即上文提及的keyopts）单击【options】按钮。出现如图2.18所示的element type options（单元类型选项）对话框。(5) 确定后单击【ok】按钮，如有需要了解各设置的具体说明，可查看ansys帮助文件。(

29、6) 返回到如图2.17所示的对话框后单击【close】按钮，结束单元类型的添加。 图2.17添加单元类型对话框 图2.18 单元类型选项对话框第3章 在ansys中建立齿轮分析模型第3章 在ansys中建立齿轮分析模型3.1 几何模型的建立3.1.1 大小齿轮的具体基本参数和尺寸（参考文献24）大小齿轮的尺寸：齿轮主要参数主动轮从动轮材料45钢45钢齿数3059模数m/mm2.52.5分度圆压力角齿顶高系数11泊松比0.30.3弹性模量/gpa206206齿宽/mm3030螺旋角00中心距a/mm1123.1.2 渐开线的生成原理在ansys中进行几何建模，首先需要定义坐标系。ansys提供

30、了直角坐标、极坐标、球坐标三种坐标系可供选用。鉴于渐开线在极坐标中具有最简单的方程形式便于几何建模，故在ansys中，首先定义部极坐标系为工作坐标系，建立按如图3.2所示的渐开线极坐方程： （1）式中渐开线上各点压力角(弧度)rb渐开线的基圆半径渐开线上各点的展角利用式(1)求解生成关键点的坐标后，直接在ansys下生成相应的关键点，再利用ansys中的bsplines功能即可生成所需的渐开线。图3.2 渐开线生成原理图3.1.3 创建渐开线曲线在整个的建模过程中渐开线的生成对于初学者无疑是最难的，但它又是极其重要的一步，渐开线的准确度直接影响后期求解的精确度。ansys的绘图功能不强，不能直

31、接在用户界面做出渐开线只能通过创建点再用bsplines样条曲线连接各点生成渐开线。生成渐开线最重要的是要理解公式（1），我通过向老师请教和自己查找资料学习编写渐开线曲线命令如下：apdl的渐开线斜齿轮参数设计程序第1部分定义第1个齿轮的参数/prep7zc=30 !被加工齿轮的齿数pi=3.1415926fai=2*pim=2.5 !模数rc=m*zc/2 !分度圆半径!齿条刀具的齿顶高ha=1.25*m!齿条刀具的齿根高hf=mau=20*pi/180 !齿形角pm=pi*m/4 !pi*m是一个基节长度pm3=3*pi*m/4lm=(hf/cos(au)/sin(au)+pm)/rc !

32、齿条刀上对应的一个几何尺寸*dim,mm,array,3,3 !坐标变换矩阵，跟着theta变化n=1da=m*zc+hf*2 !齿顶圆直径df=m*zc-ha*2 !齿根圆直径ra=da/2!第2段*do,theta,lm,-lm,-0.015px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(

33、2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,pm-ha/cos(au)/sin(au)+0.025*rc,and,s,lt,pm+hf/cos(au)/sin(au),thenpp1=-s+(s-pm)*(cos(au)*2pp2=(s-pm)*cos(au)*sin(au)pp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo!创建如下图一系列的点!创建左边尖点*do,theta,-

34、lm,lm,0.01px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,lt,pm-ha*tan(au),and,s,gt,pm-ha/cos(au)/sin(au)+0.007*rc,thenpp1=-pm+ha*

35、tan(au)pp2=-happ3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo!创建水平的齿部!第3段*do,theta,lm,-lm,-0.004px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm

36、(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,-pm+ha*tan(au),and,s,lt,pm-ha*tan(au),thenpp1=-spp2=-happ3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo*do,theta,lm,-lm,-0.015px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin

37、(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,-pm-hf/cos(au)/sin(au),and,s,lt,ha/cos(au)/sin(au)-pm-0.025*rc,thenpp1=pm-(pm+s)*(sin(au)*2pp2=-(pm+s)*sin(au

38、)*cos(au)pp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo!将以上的点用spline连接flst,3,n-1,3 *do,theta,1,n-1,1fitem,3,theta*enddo bsplin, ,p51x!阵列csys,1 lgen,zc,1,360/zc csys,0*get,nn,kp,countn=nn+1!画齿顶圆*do,theta,0,2*pi,0.04px=rc*cos(theta+pi/2)

39、py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1pp1=-spp2=hfpp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n

40、+1*enddo!将齿顶圆用spline连接flst,3,n-nn,3 *do,theta,nn+1,n-1,1fitem,3,theta*enddo fitem,3,nn+1 bsplin, ,p51x!删掉齿顶圆以外的线csys,1lsel,u, , , zc+1cm,_chikuo,lineallsel,alllsbl,_chikuo,zc+1lsel,s,loc,x,rc,rc+haldele,allallsel allcsys,0numcmp,linenumcmp,kp!连接齿顶*get,center,kp,num,maxcenter=center+1k,center,0,0*do,

41、i,1,zc-1,1lsel,s,iksll,s*get,p1,kp,num,minallsel,alllsel,s,i+1ksll,s*get,p2,kp,num,maxallsel,alllarc,p1,p2,center,ra*enddolsel,s,zcksll,s*get,p1,kp,num,minallsel,alllsel,s,1ksll,s*get,p2,kp,num,maxallsel,alllarc,p1,p2,center,ra3.1.5 生成完整齿廓线通过镜像操作mainpreprocessormodelingreflectlines对图3.5所示齿根过渡曲线进行镜像，

42、在镜像操作中注意要将坐标系旋转+90/z2见图3.7(见参考文献1)，再用半径为ra2的圆弧线连接齿顶两点生成完整的齿廓线，如图3.6所示。图3.6 完整齿廓线图3.7 镜像原理图图中rf齿根圆 r 分度圆 z 齿数 分度圆展角3.1.6 生成完整齿轮的面将生成的齿廓线进行整列，先改变当前坐标为柱坐标系，小齿轮的齿廓线生成之后，单击主菜单中的main menu/modeling/create /areas/arbirtaty/by lines.生成一个齿面弹出如图3.10所示对话框，在对话框中填入齿数和相应的角度如图3.11所示，用半径为rf2的曲线连接两齿间的间隙生成的图形如图3.8所示，连

43、接所有的线生成面，生成完整的齿轮面如图3.9所示。 图3.8 齿轮线 拉伸整个面,然后形成整个小齿轮的实体如下图3.1.7 生成大齿轮在生成大齿轮的渐开线前在笛卡尔坐标系下先将小齿轮面向右即正向平移227.5mm。大齿轮的生成原理和小齿轮的生成原理一样，先生成渐开线，渐开线的apdl命令如下：zc=60 !被加工齿轮的齿数/prep7zc1=60 !被加工齿轮的齿数pi=3.1415926fai=2*pim=2.5 !模数rc1=m*zc1/2 !分度圆半径!齿条刀具的齿顶高ha=1.25*m!齿条刀具的齿根高hf=mau=20*pi/180 !齿形角pm=pi*m/4 !pi*m是一个基节长

44、度pm3=3*pi*m/4lm=(hf/cos(au)/sin(au)+pm)/rc1 !齿条刀上对应的一个几何尺寸*dim,mm,arra1y,3,3 !坐标变换矩阵，跟着theta变化n=1da1=m*zc1+hf*2 !齿顶圆直径df1=m*zc1-ha*2 !齿根圆直径ra1=da1/2!第2段*do,theta,lm,-lm,-0.015px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(thet

45、a)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,pm-ha/cos(au)/sin(au)+0.025*rc,and,s,lt,pm+hf/cos(au)/sin(au),thenpp1=-s+(s-pm)*(cos(au)*2pp2=(s-pm)*cos(au)*sin(au)pp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,p

46、px,ppyn=n+1*endif*enddo !创建左边尖点*do,theta,-lm,lm,0.01px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,lt,pm-ha*tan(au),and,s,gt,pm-h

47、a/cos(au)/sin(au)+0.007*rc,thenpp1=-pm+ha*tan(au)pp2=-happ3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo !第3段*do,theta,lm,-lm,-0.004px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(the

48、ta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,-pm+ha*tan(au),and,s,lt,pm-ha*tan(au),thenpp1=-spp2=-happ3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo*do,theta,lm,-lm,-

49、0.015px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1*if,s,gt,-pm-hf/cos(au)/sin(au),and,s,lt,ha/cos(au)/sin(au)-pm-0.025*rc,thenpp1=pm-

50、(pm+s)*(sin(au)*2pp2=-(pm+s)*sin(au)*cos(au)pp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*endif*enddo!将以上的点用spline连接flst,3,n-1,3 *do,theta,1,n-1,1fitem,3,theta*enddo bsplin, ,p51x!阵列csys,1 lgen,zc,1,360/zc csys,0*get,nn,kp,countn=nn+1!画齿顶圆*do,the

51、ta,0,2*pi,0.04px=rc*cos(theta+pi/2)py=rc*sin(theta+pi/2)s=rc*thetao1x=px+s*cos(theta)o1y=py+s*sin(theta)mm(1,1)=cos(theta)mm(1,2)=-sin(theta)mm(1,3)=o1xmm(2,1)=sin(theta)mm(2,2)=cos(theta)mm(2,3)=o1ymm(3,1)=0mm(3,2)=0mm(3,3)=1pp1=-spp2=hfpp3=1ppx=mm(1,1)*pp1+mm(1,2)*pp2+mm(1,3)*pp3ppy=mm(2,1)*pp1+mm(2,2)*pp2+mm(2,3)*pp3k,n,ppx,ppyn=n+1*enddo!将齿顶圆用spline连接flst,3,n-nn,3 *do,theta,nn+1,n-1,1fitem,3,theta*enddo fitem,3,nn+1 bsplin, ,p51x!删掉齿顶圆以外的线csys,1lsel,u, , , zc+1cm,_chikuo,lineallsel,alllsbl,_chikuo,zc+1lsel,s,loc,x,rc,rc+haldele,allallsel allcsys,0numcmp,linenumcmp,kp!连接齿顶*