毕业设计（论文）一级减速机的寿命分析

1、2010届学生毕业论文（设计） 存档编号： 毕业论文（设计）论 文 题 目：一级减速机的寿命分析 【英 文】: life analysis of a reducer 系 部：机电与建筑工程学部 专 业：机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指 导 老 师： 日 期：2010年4月30日 目 录摘要 .3第一章 绪论 .4 1.1寿命概述 .4 1.2本文研究内容 .4第二章 减速机基本情况 .5 2.1减速机的特点、用途及作用 .5 2.2减速器的基本构造和基本运动原理 .5 2.3影响减速机寿命的因素以及如何选择构件 .6 2.4本章小结 .9第三章 齿轮的分析 .10 3.1齿轮传动

2、的介绍 .10 3.1.1齿轮在减速机中的作用 .10 3.1.2齿轮传动的特点 .10 3.1.3影响齿轮寿命的因素 .10 3.2齿轮传动的失效形式 .13 3.2.1齿轮传动出现不同失效形式的原因 .13 3.2.2何为齿轮传动的失效 .13 3.2.3齿轮传动的主要失效 .13 3.3本章小结 .17第四章 齿轮三维模型的建立以及应力分析 .19 4.1齿轮三维模型的建立和分析 .19 4.1.1齿轮三维模型建立的方法 .19 4.2应力分析 .26 4.2.1网格的建立 .26 4.2.2应力分析 .26 4.3本章小结 .34第五章 结论 .35参考文献 .36致谢 .38附录一级

3、减速机的寿命分析摘 要减速器在机械传动中的应用十分广泛，它是一种传递运动和力的机构，因此研究和分析减速器的寿命是非常必要和重要的。其中，一级减速器是减速器中最基础和最简单的一种。国内的减速器多以齿轮传动为主，而影响减速器寿命最重要的因素是齿轮传动中的齿轮。所以，研究和分析一级减速器的寿命主要是研究和分析减速箱中的一对啮合齿轮的寿命。而研究和分析齿轮的寿命主要是研究齿轮的失效形式及进行应力分析和计算。近些年来，随着随着计算机技术、数控技术和多种专业辅助制图软件（例如：cad、cam、ug、proe等）的不断发展和广泛应用，可以很逼真和形象的绘制出齿轮的三维模型，并进行应力分析，可比较精确的估计出

4、齿轮的寿命，从而估计出一级减速器的寿命。关键词减速器；齿轮；寿命；失效；三维模型；应力分析abstractreducer mechanical drive of a wide range, it is a transfer motion and force and so the research and analysis reducer life is very necessary and important. among them, a reducer is a reducer of the most basic and simplest. internal reducer is mostl

5、y gear reducer,and the most important factor affecting the life of gear reducer is gear itself. therefore, research and analysis of the life of a reducer is to study and analyze the gear box in the life of a pair of meshing gears. the research and analysis is to study the life of gear gear failure m

6、odes and stress analysis and calculation. in recent years, with computer technology, numerical control technology and a variety of professional support mapping software (such as: cad, cam, ug, proe, etc.) the continued development and wide application, we are able to vividly draw three-dimensional m

7、odel of gear. more precise estimate can be the life of gears, in order to estimate the life out of a reducer.key words reducer；gear；life；failure； three dimensional model；stress analysis第一章 绪论 1.1 寿命概述机器设备的寿命是指机器设备从开始使用到被淘汰的整个时间过程。机器设备的寿命分为：自然寿命、技术寿命、经济寿命。其中经济寿命受有形磨损和无形磨损的共同影响。采用新材料是延长机械寿命的有效措施，近年来，材

8、料科学发展迅速，大量高强度，耐磨，抗振和抗冲击的新材实不断地出现，在设计新机时应根据机械性能与工况选用相适应的新材料，以延长其使用寿命。机械的使用寿命并不是越长越好，不恰当的延长机械的使用寿命有时反而会造成经济损失，甚至阻碍技术进步，只有适时地更换机械，才能促时技术进步，加速经济增长，节维能源，提高经济效益。同一种型号的工程机械，由于设计水平，制造质量，使用环境以及使用维修单位的技术和管理水平各不相同，其使用寿命会有很大的差别。因此，工程机械的研究，设计，制造，安装直至运行，保养和维修全过程，都有责任为延长机械的寿命作出贡献。 1.2本文研究内容本文主要分析的是一级减速机的寿命。而减速机不仅包

9、括减速器，还包括电机。因为如果减速机要起到减速作用的话，就必须有减速装置，这时就需要减速器来工作了。因此减速器是减速机实现减速的核心部件，减速机寿命的分析主要是减速器寿命的分析。并且减速器主要是靠一对啮合的齿轮传动来实现减速的。所以，本文实际分析的是一对齿轮的寿命。第二章 减速机的介绍 2.1减速机的特点、用途及作用 在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛，几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通工具的船舶、汽车、机车、建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化生产设备，到日常生活中常见的家电、钟表等等。其应用从大功率的传输工作、到小负荷、精确的角度传输都

10、可以见到减速机的应用，而且在工业应用上，减速机具有减速及增加转矩功能，因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备中。减速机是一种动力传达的机构，在应用上于需要较高扭矩以及不需要太高转速的地方都用的到它。而且随着工业的发展和工厂的自动化，其利用减速机的需求量日益增长。通常减速的方法有很多，但最常用的方法是以齿轮来减速，可以缩小占用空间及降低成本，所以也有人称减速机为齿轮箱。齿轮箱是一些齿轮的组合，因齿轮箱本身并无动力；所以需要驱动组件来传动它,其中驱动组件可以是马达、引擎或蒸汽机。而使用减速机最大的目的有下列几种:1）、动力传递。2）、获得精确转速。3）、获得大的输出扭矩。 2.2减速器的基本构造和基本

11、运动原理 2.2.1一级齿轮减速器的机械结构 减速器有两条轴系、两条装配线，两轴分别由滚动轴承支承在箱体上，采用过渡配合，有较好的同轴度，从而保证齿轮啮合的稳定性。端盖嵌入箱体内，从而确定了轴和轴上零件的轴向位置。装配时只要修磨调整环的厚度，就可使轴向间隙达到设计要求。 箱体采用分离式，沿两轴线平面分为箱座和箱盖，二者采用螺栓连接，这样便于装修。为了保证箱体上安装轴承和端盖的孔的正确形状，两零件上的孔是合在一起加工的。装配时，它们之间采用两锥销定位，销孔钻成通孔，便于拔销。 箱座下部为油池，内装机油，供齿轮润滑。齿轮和轴承采用飞溅润滑方式，油面高度通过油面观察结构观察。通气塞是为了排放箱体内的

12、挥发气体，拆去小盖可检视齿轮磨损情况或加油。油池底部应有斜度，放油螺塞用于清洗放油，其螺孔应低于油池底面，以便放尽机油。箱体前后对称，两啮合齿轮安置在该对称平面上，轴承和端盖对称分布在齿轮的两侧。箱体的左右两边有四个成钩状的加强肋板，作用为起吊运输。 2.2.2一级齿轮减速器的工作原理一级圆柱齿轮减速器是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的转动实现减速运动的。动力由电动机通过皮带轮传送到齿轮轴，然后通过两啮合齿轮（小齿轮带动大齿轮）传送到轴，从而实现减速之目的。图2-1：减速器效果图图2-2：一级减速器的简图 2.3影响减速机寿命的因素以及如何选择构件 影响减速机的寿命的因素有很多，减速机中的每个构

13、件都可能影响到减速机的寿命，包括：电动机、主动轴、滚动轴承、联轴器、传动零件、箱体、箱盖及附件、键和齿轮等，其中齿轮是最主要的因素。此外，密封和润滑方式也会影响到减速机的寿命。（1） 传动方案拟定1） 设计带式输送机传动装置中的一级圆柱齿轮减速器。2） 工作条件：使用年限10年，每年按300天计算，两班制工作，载荷平稳。（2）电动机的选择1） 电动机类型和结构型式的选择：按已知的工作要求和条件，选用 y系列三相异步电动机。2） 传动装置的总效率： 总=带2轴承齿轮联轴器滚筒 =0.960.9920.970.990.95 =0.863) 电机所需的工作功率： pd=fv/1000总 =17001

14、.4/10000.86 =2.76kw4) 确定电动机转速： 滚筒轴的工作转速： nw=601000v/d =6010001.4/220 =21.5r/min5) 确定电动机型号 根据选用的电动机类型，所需的额定功率及同步转速，选定电动机型号为y100l2-4。其主要性能：额定功率3kw，满载转速1420r/min，额定转矩2.2。（3）联轴器的选择1）可采用弹性柱销联轴器，可得联轴器的型号为hl3联轴器：3582 gb5014-852）确定轴上零件的位置与固定方式 一级减速器中，可以将齿轮安排在箱体中央，轴承对称布置在齿轮两边。轴外伸端安装联轴器，齿轮靠油环和套筒实现轴向定位和固定，靠平键和

15、过盈配合实现周向固定，两端轴承靠套筒实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定 ，轴通过两端轴承盖实现轴向定位，联轴器靠轴肩平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向定位。（4）主动轴的选择选轴的材料为45号钢，调质处理。一级齿轮减速器的低速轴为转轴，输出端与联轴器相接。（5） 主动轴上的轴承:由初选的轴承的型号为:6206查1表14-19可知:d=30mm,外径d=62mm,宽度b=16mm,基本额定动载荷c=19.5kn,基本静载荷co=111.5kn,查2表10.1可知极限转速13000r/min根据根据条件，轴承预计寿命（6） lh=1030016=48000h 1)已知ni=473.33(r/m

16、in)两轴承径向反力：fr1=fr2=1129n根据课本p265（11-12）得轴承内部轴向力fs=0.63fr 则fs1=fs2=0.63fr1=0.63x1129=711.8n2) fs1+fa=fs2 fa=0故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端fa1=fs1=711.8n fa2=fs2=711.8n3)求系数x、yfa1/fr1=711.8n/711.8n =0.63fa2/fr2=711.8n/711.8n =0.63根据课本p265表（14-14）得e=0.68fa1/fr1e x1=1 fa2/fr248000h 预期寿命足够（6） 键联接的选择及校核计算1）根据轴径的尺寸，

17、由1中表12-6 高速轴(主动轴)与v带轮联接的键为：键836 gb1096-79大齿轮与轴连接的键为：键 1445 gb1096-79轴与联轴器的键为：键1040 gb1096-792）键的强度校核 大齿轮与轴上的键 ：键1445 gb1096-79 bh=149,l=45,则ls=l-b=31mm 圆周力：fr=2tii/d=2198580/50=7943.2n 挤压强度： =56.93125150mpa= 因此挤压强度足够 剪切强度： =36.60120mpa= 因此剪切强度足够 键836 gb1096-79和键1040 gb1096-79根据上面的校核，并且符合要求。（7）减速器箱体、

18、箱盖及附件的设计计算1）减速器附件的选择 1 通气器：由于在室内使用，选通气器（一次过滤），采用m181.5 2 油面指示器：选用游标尺m12 3 起吊装置：采用箱盖吊耳、箱座吊耳. 4 放油螺塞：选用外六角油塞及垫片m181.5 5 起盖螺钉型号：gb/t5780 m1830,材料q235 6 高速轴轴承盖上的螺钉：gb578386 m8x12,材料q235 7 低速轴轴承盖上的螺钉：gb578386 m820,材料q235 8 螺栓：gb578286 m14100，材料q2352）箱体的主要尺寸： 1 箱座壁厚z=0.025a+1=0.025122.5+1= 4.0625（取z=8） 2

19、箱盖壁厚z1=0.02a+1=0.02122.5+1= 3.45 （取z1=8） 3 箱盖凸缘厚度b1=1.5z1=1.58=12 4 箱座凸缘厚度b=1.5z=1.58=12 5 箱座底凸缘厚度b2=2.5z=2.58=20 6 地脚螺钉直径df =0.036a+12=0.036122.5+12=16.41(取18) 地脚螺钉数目n=4 (因为a250) 7 轴承旁连接螺栓直径d1= 0.75df =0.7518= 13.5 (取14) 8 盖与座连接螺栓直径 d2=(0.5-0.6)df =0.55 18=9.9 (取10) 9 连接螺栓d2的间距l=150-200 10 轴承端盖螺钉直d

20、3=(0.4-0.5)df=0.418=7.2(取8) 11 盖螺钉d4=(0.3-0.4)df=0.318=5.4 (取6) 12 位销直径d=(0.7-0.8)d2=0.810=8 13 凸台高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。 14 外箱壁至轴承座端面的距离c1c2（510） 15 齿轮顶圆与内箱壁间的距离：9.6 mm 16 齿轮端面与内箱壁间的距离：=12 mm 17 箱盖，箱座肋厚：m1=9 mm,m2=9 mm 18 轴承端盖外径d（555）d3 d轴承外径（8）润滑与密封1）齿轮的润滑采用浸油润滑，由于为单级圆柱齿轮减速器，速度12m/s，当m2mm。 齿宽系数

21、：齿宽系数决定齿宽的大小，加大齿宽，可提高承载能力；但是齿宽越大，载荷沿齿宽分布越不均匀。因此应合理选择齿宽系数。一级减速机中一对啮合的大小齿轮，要求具有一定的承载能力，且啮合准确，并且有必要提出的是，齿宽结果要圆整，而且小齿轮的齿宽在圆整值的基础上还要增加5-10mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。 （a）（b）图3-1：各种齿轮 图3-2：齿轮三维模型效果图 图3-3:齿轮啮合效果图 3.2齿轮传动的失效形式 3.2.1齿轮传动出现不同失效形式的原因 在实际的应用中，由于齿轮传动的方式有开式、半开式和闭式，齿面硬度有软齿面、硬齿面，齿轮转速有高

22、与低，载荷有轻与重之分，所以齿轮常会出现各种不同的失效形式。 3.2.2何为齿轮传动的失效 齿轮在传动过程中，发生轮齿折断、齿面损坏等现象，从而失去其工作能力。这种现象称为齿轮轮齿的失效。而齿轮传动的是靠轮齿的啮合来传动运动和力的，齿轮的轮齿是传动的关键部位，也是齿轮的薄弱环节，因此轮齿失效是齿轮常见的主要失效形式。 3.2.3齿轮传动的主要失效形式、造成的影响及预防措施 轮齿的失效分为齿体损伤和齿面损伤。齿体损伤主要为轮齿折断，而齿面损伤又分为齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和齿面塑性变形。（1）轮齿折断：是指齿轮的一个或多个齿的整体或局部的折断，轮齿折断有两种：一种是疲劳折断，另一种是过载折断

23、。1） 何为轮齿折断是指齿轮的一个或多个齿的整体或局部的折断。2） 轮齿折断的分类轮齿折断有两种：一种是疲劳折断，另一种是过载折断。3） 发生的场合齿宽较小的直齿圆柱齿轮往往产生整体折断。如果轮齿宽度过大，由于制造、安装的误差使其局部受载过大时，会造成了局部折断。4） 提高轮齿抗折断能力的措施提高轮齿抗折断能力的措施有很多，如增大齿根圆角半径，消除该处的加工刀痕以降低齿根的应力集中；增大轴及支承件的刚度以减轻齿面局部过载的程度；对轮齿进行喷丸、辗压等冷作处理以提高齿面硬度、保持芯部的韧性等。 图3-4：齿轮轮齿折断效果图（2）齿面点蚀1） 何为齿面点蚀 轮齿进入啮合时，轮齿齿面接触处在法向力的

24、作用下将产生很大的接触应力，脱离啮合后接触应力即消失。对齿廓工作面上某一固定点来说，它受到的是近似于脉动变化的接触应力。如果接触应力超过了齿轮材料的接触疲劳极限时，齿面上会出现不规则的金属微粒剥落，形成点状的凹坑，这种现象称为齿面疲劳点蚀。2） 其造成的影响 点蚀使齿轮工作表面损坏，破坏了齿轮的正常工作，造成传动不平稳和产生噪音，轮齿啮合情况会逐渐恶化而报废。3） 发生的部位 齿轮在啮合的过程中，因轮齿在节线出处啮合时，同时啮合齿对数少，接触应力大，且在节点处齿廓相对滑动速度小，油膜不易形成，摩擦力大，故点蚀首先出现在节线附近的齿根表面上，然后向其它部位扩展。4） 发生的场合 一般闭式传动中的

25、软齿面较易发生点蚀失效，设计时应保证齿面有足够的解除强度。而在开式齿轮传动中，由于磨损严重，点蚀还来不及出现或扩展即被磨损掉。所以一般看不到点蚀现象。5） 预防措施为过早出现点蚀，可采用提高齿面硬度、增大润滑油的粘度、降低表面粗糙度指、在许可范围内采用大的变位系数等措施。图3-5：齿轮齿面点蚀效果图（3）齿面胶合1） 何为齿面胶合 在重载传动中，齿轮副两齿轮工作齿面发生金属表面直接接触而形成“焊接”的现象，称为齿面胶合。2)产生齿面胶合的原因 产生齿面胶合的原因主要有以下两个： 高速重载的闭式齿轮传动中，由于散热不好，导致润滑油油温升高，黏度降低，易于从两齿面接触处被挤出来，使工作齿面间的润滑

26、油膜破坏。 低速重载的齿轮传动中，由于工作面之间压力好大，润滑油膜不易形成。2） 发生的部位 当两工作齿面金属直接接触时，齿面的瞬时高温会使较软的齿的齿面金属熔焊在与之相啮合的另一齿轮的齿面上，并因相对滑动在较软的工作齿面上形成与滑动方向一致的撕裂沟痕。传动中，靠近节线的齿顶表面处相对速度较大，因此胶合常发生在该部位齿面发生胶合现象后，将严重损坏而失效。3)防止发生齿面胶合的措施为防止产生齿面胶合，对于低速传动，可采用黏度大的润滑油；对于高速传动，则可采用硫化润滑油，使其较牢固地吸附在齿面上而不易被挤掉。提高齿面的硬度和减小轮齿表面粗糙度，以及两齿轮选择不同材料（亲和力小）等措施均可减少胶合的

27、发生。 （4） 齿面磨损1）什幺是齿面磨损 齿轮齿面的磨损是齿轮传动的常见失效形式，齿面磨损是齿轮在啮合传动过程中，轮齿接触表面上的材料摩擦损耗的现象。2）齿轮磨损的分类 齿轮的磨损有两种形式：一种是磨粒磨损，另一种是跑合磨损。3） 产生齿面磨损的原因 齿轮在传动过程中，工作齿面间有相对滑动。 齿面不干净，有金属微粒、尘埃、污物等进入轮齿啮合区域，引起磨粒磨损。 润滑不好。4） 齿面磨损造成的影响 齿轮在传动过程中，轮齿不仅受到载荷的作用，而且接触的两齿面间有相对滑动，使齿面发生磨损。齿面磨损的速度符合预定的设计期限，则视为正常磨损。正常磨损的齿面很光亮，没有明显的痕迹，在规定的磨损量内。并不

28、影响齿轮的工作。但是齿面磨损严重时。渐开线轮廓被破坏，使齿侧间隙增大引起传动不平稳，使齿轮不能正确啮合，传动失真，产生冲击和噪音，甚至会因齿厚过度磨薄发生轮齿折断。5） 不同磨损产生的不同场合 磨粒磨损是润滑条件不好、易受灰尘及有害物质侵袭的开式齿轮传动的主要失效形式之一；而对于新的齿轮传动装置来说，在开始运转期间由于齿面间的相互摩擦而产生的磨损，属于跑合磨损，跑合对齿轮传动是无害的。6） 预防及改进措施 为减少齿面磨损，应尽可能采用润滑条件良好的闭式传动，同时，提高齿面硬度，减小轮齿面表面粗糙度值。人们往往把磨损后的齿轮当作废钢处理掉，造成极大浪费而事实上，磨损后的齿轮仍可修复利用，而且修复

29、后的齿轮有很多优点。磨损后的齿形，为了满足使用要求，可以采取如下措施：采用与原设计要求相同的刀具（即刀具的基本参数不变）将刀具向齿轮中心移动一段距离（变位），然后按照原设计的加工方法加工该齿轮。再根据变位齿轮的要求加工配对齿轮，这样磨损的齿轮又可重新使用，并不影响传动精度。图3-6：齿轮磨损图（a）（b）图3-7：齿轮磨损图（5）齿面塑性变形1）何为齿面塑性变形 若齿轮材质较软，轮齿表面硬度不高，当工作于低速重载和频繁启动情况下，在较大的载荷和摩擦力的作用下，可能使齿面金属沿相对滑动方向局部的塑形流动，出现齿面的塑性变形。2） 造成的影响 齿面的塑性变形破坏了齿廓的形状，导致齿轮轮齿失效。主动

30、轮上所受的摩擦力背离节线指向齿顶和齿根，产生塑性变形时在齿面沿节线处形成凹沟；从动轮上所受摩擦力则分别由齿根指向节线，产生塑性变形时在齿面沿节线出形成凸棱。塑性变形严重时，在齿顶边缘出会出现飞边（主动轮上更容易出现）。 3） 预防措施提高齿面硬度和采用较高的润滑油，有利于防止或减轻齿面的塑性变形。图3-8：齿面塑形变形效果图图3-9：齿轮各种失效形式图 3.3 本章小结本章对齿轮传动进行了简单的介绍，着重分析齿轮传动的主要失效形式，并详细阐述了各种失效形式产生的原因，造成的影响以及预防和改进措施，对齿轮传动的失效形式进行了比较系统的分析。第四章 齿轮三维模型的建立以及应力分析 4.1齿轮三维模

31、型的建立和分析 4.1.1齿轮三维模型建立的方法 齿轮三维模型建立的方法很多，运用多种制图软件如cad、ug、proe等，可以制作出齿轮的三维模型。运用ug软件画出的齿轮步骤如下：第一步：启动ug，单位为毫米。进入建模模块，设置操作的工作环境。第二步：选择【插入】/【设计特征】/【圆柱体】命令，采用直径、高度方式创建如图4-1所示圆柱体。圆柱体的尺寸为：直径104（齿顶圆直径）；高度35（齿轮厚度）。图4-1第三步：选择【插入】/【设计特征】/【圆台】命令，如图4-2所示设置参数，使圆台的圆心与圆柱体截面圆的圆心重合，则生成如图4-3所示圆台。同样操作，在圆柱体的对应侧也生成相同的圆台，如图4

32、-4所示。图4-2图4-3图4-4第四步：选择【插入】/【草图】命令，绘制如图4-5所示草图，是草图的圆心与圆台的圆心重合。图4-5第五步：选择【文件】/【完成草图】命令，退出草图编辑状态。第六步：选择【插入】/【设计特征】/【拉伸】命令。选择前面创建的草图，如图4-6所示设置参数，设定布尔运算为差，单击确定按钮，则生成拉伸实体如图4-7所示。图4-6图4-7第七步：选择【插入】/【细节特征】/【倒角】命令，选择倒角边线，设置倒角边长为2，单击确定按钮，则生成倒角如图4-8所示。图4-8第八步：同上一步操作，在模型的另一侧也生成相同的倒角。第九步：选择插入草图命令，绘制如图4-9所示草图，即为

33、齿槽形状。图4-9第十步：选择【文件】/【完成草图】命令，退出草图编辑状态。第十一步：选择插入设计特征拉伸命令，选取前面绘制的齿槽截面，深度为35，则生成单个齿槽如图4-10所示。图4-10第十二步：选择插入关联复制实例命令，系统弹出实例对话框。单击环形阵列按钮，选择刚才创建的齿槽，设置参数：齿数为24，单击确定按钮，系统弹出对话框，选定z轴为阵列中心，并对齿轮进行必要的细化处理。单击确定按钮，则生成齿槽如图4-11所示。至此完成齿轮的创建。图4-11图4-12：运用ug创建的一对啮合的齿轮 4.2应力分析 4.2.1网格的建立（1） 网格划分的基本原则 1）有限元网格概论 有限元分析是使用有

34、限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。有限元分析的基本过程可分为三个阶段：有限元模型的建立(即前处理)、有限元解算、结果处理和评定(即后处理)。 2）有限元网格划分的原则有限元方法的基本思想是将结构离散化，即对连续体进行离散化，利用简化儿何单元来近似逼近连续体，然后根据变形协渊条件综合求解。所以有限元网格的划分一方面要考虑对各物体几何形状的准确描述，另一方面也要考虑变形梯度的准确描述。为正确、合理地建立有限元模型，这里介绍划分网格时应考虑的一些基本

35、原则。 3）网格数量网格数量直接影响汁算精度和计算时耗。所以在确定网格数量时应权衡这两个因素综合考虑。 4）网格密度单元阶次与有限元的计算精度有着密切的关联，单元一般具有线性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的单元称为高阶单元。高阶单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且高次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以增加单元阶次可提高计算精度。但增加单元阶次的同时网格的节点数也会随之增加在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模相对较大，因此在使用时应权衡考虑计算精度和时耗。为了方便分析，采用了低阶单元。 5）网格形状 单元的边长比、面积比或体积比以正三角形、正四面体、

36、正六面体为参考基准，理想单元的边长比为1，线性单元可接受的边长比小于3，二次单元小于10。（2） 网格生成的方法有限元网格划分方法难以准确分类，分类方法有很多，可以按产生的单元类型、生成单元的维数、自动化程度等进行分类。 4.2.2应力分析（1） 轴的应力分析 1）轴的网格建立图4-13轴的示意图图4-14：生成的网格图 图4-15：生成的网面及2d网格图 2）轴的应力分析 （a） （b） （c）图4-16：从不同角度看轴的网格图从图4-16可以看出：1.网格从中心向外是呈网状分布，由密集到疏松。 2.每个单元的长宽比在11到13之间。 3.轴径相同的区域网格分布是均匀的。（a）（b）图4-1

37、7：轴应力分布图从图4-17可以看出：1.轴径不同区域所受的应力大小不同，越靠近受力处，应力 越大。 2.该轴所受的极限应力大约是2.992mpa。（2） 齿轮的应力分析图4-18：主动齿轮应力分布图从图4-18可以看出：1.主动齿轮所受最大应力值为306mpa。 2.由于磨损严重，局部应力超过安全应力278mpa，主动齿轮将失效。图4-19：从动齿轮的应力分布图从图4-19可以看出：1.从动齿轮所受的最大应力值为192mpa。 2.由于轻微磨损，最大应力值满足安全应力值的要求。注：变形的最大位移量为0.087mm。齿轮磨损严重，超过该极限值，齿轮将发生失效。图4-20：全体变形分布图注：1.

38、节点数110421，单元数68388。 2.模型材料：材料：20crmnti 弹性模量：207gpa 密度:7850kg/m3 泊松比:0.25 屈服强度：834mpa图4-21：单元分割图全约束 z rotation：free other：fixm=150n.m图4-22：加载图（3）齿轮的寿命计算 1）齿轮的损伤度计算齿轮的材料为20crmnti，其参数为： 屈服强度：834mpa应力幅下循环一次所造成的损伤度： m 在多级应力幅下的损伤度： 得d=0.00456以上各式中:一应力幅值；一疲劳极限;一在应力幅作用下破坏的循环次数;一与疲劳极限对应的循环级；一 应力幅对应的实际循环次数;一与

39、对应的破坏的循环次数齿轮的疲劳寿命：得t=87719.3小时=10年 4.3本章小结 本章线运用ug创建出齿轮，然后运用有限元的思想和方法对轴和齿轮进行了应力分析。对齿轮失效进行了定量的分析，比较精确计算出了齿轮的寿命。第五章 结论 此次毕业设计使我受益匪浅，毕业论文设计是四年所学专业知识的综合运用，同时也是一次对理论知识的实践。通过毕业设计我们学习的专业知识又得到了一次巩固和加深。 在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等途径，自己学到了不少知识。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有

40、非常重要的影响。这次的论文设计中定存在一些问题，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益！ 此次毕业设计从最初的选题，开题到完成设计。其间，查找资料，曹俊老师指导，与同组同学交流，每一个过程都是对自己能力的一次检验和提高。本课题是一个实际课题，设计的内容包括开始的课题调研，课题的确定，参考资料的选择和最后较长的设计过程，在这个设计过程中，我学到了很多不仅仅是专业知识方面的内容，更多的是解决问题的方法，如何将所学的知识运用到实际生活中去。 在这次的设计中，我认识到设计的思想是很重要的，怎样来解决问题，用什么方法来解决，如何入手，都是在设计前必须要考虑好的问题，只有

41、对整体的过程有一个清晰的思路，继续进入具体的内容才会有方向，具体的操作再联系所学的知识和参考的知识，问题很快就能得到解决。 可以说我在我离校之际，我是用我最佳的状态完成这份最后的作业！我很自信的对自己说：我无悔我的大学四年的光阴，无悔于我的父母，无悔于我得母校！在顺利完成了大学本科学学业之时，对所有关心爱护帮助和支持我的人们致以深深的谢意和衷心的祝福！参考文献1 徐春艳. 机械设计基础. 北京：北京理工大学出版社，20062 陈立德. 机械设计基础. 北京：高等教育出版社，20043 付本国，张忠林，周家庆. ug nx 4.0三位造型设计应用范例. 北京：清华大学学出版社， 20064 刘小年，郭克希. 机械制图（机械类、近机类）. 北京：机械工业出版社，20065 方晨.