螺旋锥齿轮加载接触分析及啮合刚度的有限元计算方法研究

1、螺旋锥齿轮加载接触分析及啮合刚度的有限元计算方法研究    关键词 螺旋锥齿轮; 有限单元法; 强度分析; 刚度计算; ABAQUS; 英文关键词 spiral bevel gear; finite element method; LTCA; gear stiffness; ABAQUS; 中文摘要 螺旋锥齿轮的强度和刚度严重影响其整机的工作性能,尤其是传动误差和啮合刚度等动态力学特性直接影响工作寿命和噪声。文章研究了螺旋锥齿轮几何模型、有限元网格模型的构建方法,分析了在ABAQUS软件平台下边界条件的设置。基于有限单元法分析了螺旋锥齿轮强度和刚度相关问

2、题的计算方法。研究对于高性能螺旋锥齿轮的设计和制造提供了参考。 论文主要研究内容及方法如下： 1.研究了螺旋锥齿轮几何模型及有限元网格模型的构建方法； 文章以螺旋锥齿轮加工原理为基础,通过数值计算得到了齿面理论离散数据点。采用NURBS曲面对离散数据点进行了齿面重构,得到了轮齿的三维实体模型。并将得到的齿面和Gleason软件计算的齿面45个理论数据点进行了对比,证实了重构齿面的精度。 文章采用ABAQUS和CATIA软件联合建模的方法,对轮齿进行了六面体网格划分,并计算了六面体网格分析接触问题的精度。给出了使用ABAQUS软件分析螺旋锥齿轮接触问题的前处理方法和关键技术。 2.使用螺旋锥齿轮

3、加载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis, LTCA)方法,计算了轮齿的强度相关参数,并分析了. 英文摘要 The performance of spiral bevel gear is affected by its strength and stiffness seriously, transmission error and mesh stiffness directly affect the dynamic mechanical characteristics of working life and noise. The geometric model

4、of spiral bevel gear is studied, finite element modeling method and the boundary conditions are set in the software  摘要 3-5 ABSTRACT 5-6 第一章 绪论 9-17     1.1 研究背景、目的和意义 9-10         1.1.1 课题来源 9         1.1.2 研究

5、背景、目的与意义 9-10     1.2 国内外发展概况 10-16         1.2.1 国外发展概况 11-13         1.2.2 国内发展概况 13-16         1.2.3 目前螺旋锥齿轮相关研究尚存在的问题 16     1.3 本章小结 16-17 第二章 螺旋锥齿轮加载接触分析有限元实现的

6、原理 17-27     2.1 LTCA有限元求解基本方程 17-19     2.2 LTCA有限元求解弱形式 19-20     2.3 LTCA有限元求解方程 20-22     2.4 ABAQUS求解齿轮接触分析的几个问题 22-26         2.4.1 ABAQUS有限元迭代求解的流程 22-23         2

7、.4.2 单元阶次及积分形式的选择 23         2.4.3 点对面离散和面对面离散 23-24         2.4.4 有限滑移和小滑移 24         2.4.5 平稳的建立接触关系 24         2.4.6 正确地定义接触对 24-25     &

8、#160;   2.4.7 细化网格 25         2.4.8 耦合约束 25-26         2.4.9 固连接触面 26     2.5 本章小结 26-27 第三章 螺旋锥齿轮加载接触分析有限元前处理的研究 27-40     3.1 螺旋锥齿几何模型的构建 27-30         3

9、.1.1 螺旋锥齿理论齿面离散点计算 27-29         3.1.2 螺旋锥齿轮离散齿面重构 29-30         3.1.3 螺旋锥齿轮重构精度分析 30     3.2 螺旋锥齿有限元网格模型的构建 30-33         3.2.1 ABAQUS网格划分方法及对比 30-31      

10、;   3.2.2 实体分割技术 31-32         3.2.3 螺旋锥齿网格划分的方法 32-33     3.3 螺旋锥齿有限元分析边界条件设置的研究 33-34     3.4 网格单元的赫兹计算 34-35     3.5 螺旋锥齿有限元前处理实例 35-39         3.5.1 轮齿参数 35-36   

11、;      3.5.2 齿轮几何模型的建立及精度分析 36-38         3.5.3 齿轮有限元六面体网格模型建立 38         3.5.4 齿轮有限元分析模型前处理 38-39     3.6 本章小结 39-40 第四章 螺旋锥齿轮加载接触分析(LTCA)研究及实验对比 40-60     4.1 GLEASON准双曲面锥齿轮

12、强度计算标准 40-41     4.2 接触应力、弯曲应力、接触力分析 41-44     4.3 传动误差计算 44-45     4.4 重合度计算 45-47     4.5 载荷分配系数计算 47     4.6 载荷对螺旋锥齿轮传动性能的影响研究 47-49     4.7 考虑加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度的螺旋锥齿轮LTCA 49-54      

13、;   4.7.1 考虑加工误差的螺旋锥齿轮几何模型的构建 49-50         4.7.2 螺旋锥齿轮安装误差的设置 50-51         4.7.3 轴承刚度的构建 51         4.7.4 考虑加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度的轮齿有限元建模 51-52        

14、 4.7.5 计算结果分析 52-54     4.8 实验对比 54-59         4.8.1 实际齿面误差测量及建模 54-57         4.8.2 滚齿实验 57-59     4.9 本章小结 59-60 第五章 螺旋锥齿轮啮合刚度研究 60-66     5.1 螺旋锥齿轮啮合综合刚度计算的数学描述 60-61   

15、60; 5.2 接触力及轮齿的综合弹性变形 61     5.3 单齿啮合刚度计算 61-62     5.4 螺旋锥齿轮多齿综合刚度计算 62-63     5.5 不同载荷下的螺旋锥齿轮多齿综合刚度计算 63     5.6 有限元计算螺旋锥齿轮刚度的精度验证 63-65     5.7 本章小结 65-66 第六章 结论与展望 66-69     6.1 论文研究成果和结论 66-67   

16、  6.2 论文的创新点 67     6.3 论文后续工作展望 67-69 参考文献 69-75 附录1 75-80 致谢 80-81         3.1.2 螺旋锥齿轮离散齿面重构 29-30         3.1.3 螺旋锥齿轮重构精度分析 30     3.2 螺旋锥齿有限元网格模型的构建 30-33       

17、  3.2.1 ABAQUS网格划分方法及对比 30-31         3.2.2 实体分割技术 31-32         3.2.3 螺旋锥齿网格划分的方法 32-33     3.3 螺旋锥齿有限元分析边界条件设置的研究 33-34     3.4 网格单元的赫兹计算 34-35     3.5 螺旋锥齿有限元前处理实例 35-39  &

18、#160;      3.5.1 轮齿参数 35-36         3.5.2 齿轮几何模型的建立及精度分析 36-38         3.5.3 齿轮有限元六面体网格模型建立 38         3.5.4 齿轮有限元分析模型前处理 38-39     3.6 本章小结 39-40 第四章 螺旋锥齿

19、轮加载接触分析(LTCA)研究及实验对比 40-60     4.1 GLEASON准双曲面锥齿轮强度计算标准 40-41     4.2 接触应力、弯曲应力、接触力分析 41-44     4.3 传动误差计算 44-45     4.4 重合度计算 45-47     4.5 载荷分配系数计算 47     4.6 载荷对螺旋锥齿轮传动性能的影响研究 47-49     4.7 考虑

20、加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度的螺旋锥齿轮LTCA 49-54         4.7.1 考虑加工误差的螺旋锥齿轮几何模型的构建 49-50         4.7.2 螺旋锥齿轮安装误差的设置 50-51         4.7.3 轴承刚度的构建 51         4.7.4 考虑加工误差、安装误差、轴

21、变形及轴承刚度的轮齿有限元建模 51-52         4.7.5 计算结果分析 52-54     4.8 实验对比 54-59         4.8.1 实际齿面误差测量及建模 54-57         4.8.2 滚齿实验 57-59     4.9 本章小结 59-60 第五章 螺旋锥齿轮啮合刚度研究 60-66

22、     5.1 螺旋锥齿轮啮合综合刚度计算的数学描述 60-61     5.2 接触力及轮齿的综合弹性变形 61     5.3 单齿啮合刚度计算 61-62     5.4 螺旋锥齿轮多齿综合刚度计算 62-63     5.5 不同载荷下的螺旋锥齿轮多齿综合刚度计算 63     5.6 有限元计算螺旋锥齿轮刚度的精度验证 63-65     5.7 本章小结 65-66 第六章

23、 结论与展望 66-69     6.1 论文研究成果和结论 66-67     6.2 论文的创新点 67     6.3 论文后续工作展望 67-69 参考文献 69-75 附录1 75-80 致谢 80-81         3.1.2 螺旋锥齿轮离散齿面重构 29-30         3.1.3 螺旋锥齿轮重构精度分析 30   

24、0; 3.2 螺旋锥齿有限元网格模型的构建 30-33         3.2.1 ABAQUS网格划分方法及对比 30-31         3.2.2 实体分割技术 31-32         3.2.3 螺旋锥齿网格划分的方法 32-33     3.3 螺旋锥齿有限元分析边界条件设置的研究 33-34     3.4 网

25、格单元的赫兹计算 34-35     3.5 螺旋锥齿有限元前处理实例 35-39         3.5.1 轮齿参数 35-36         3.5.2 齿轮几何模型的建立及精度分析 36-38         3.5.3 齿轮有限元六面体网格模型建立 38         3.5

26、.4 齿轮有限元分析模型前处理 38-39     3.6 本章小结 39-40 第四章 螺旋锥齿轮加载接触分析(LTCA)研究及实验对比 40-60     4.1 GLEASON准双曲面锥齿轮强度计算标准 40-41     4.2 接触应力、弯曲应力、接触力分析 41-44     4.3 传动误差计算 44-45     4.4 重合度计算 45-47     4.5 载荷分配系数计算 47     4.6 载荷对螺旋锥齿轮传动性能的影响研究 47-49     4.7 考虑加工误差、安装误差、轴变形及轴承刚度的螺旋锥齿轮LTCA 49-54         4.7.1 考虑加工误差的螺旋锥齿轮几何模型的构建 49-50         4.7.2 螺旋锥