中型货车主减速器设计及啮合齿轮应力分析

I中型货车主减速器设计及啮合齿轮应力分析摘要：中型货车在行驶的过程中，会受到很多来自不同地方的力，这些力对火车有很大的影响。另一方面因为货车的体积和载货后的重量，行驶过程中的潜在危险非常大，所以研究货车一些重要的部件是非常有意义的。货车的主减速器是货车部件中一个非常重要的部分，它对货车的行驶安全起着很大的作用，因此研究它对货车安全性是很有帮助的。本文主要研究某中型货车单级主减速器中一对啮合齿轮，用CATIA建立所需要的实体模型，最后利用ANSYS分析主减速器中一对啮合齿轮的接触应力，并且得到应力云图。关键词：货车；减速器；啮合齿轮；有限元分析；

目录TOC\o"1-3"\h\u72511绪论 386501.1研究火车主减速器的背景及研究其的重要性 337061.2齿轮力学研究现状 3270101.3研究内容 4321121.4研究方法 4219552CATIA软件和有限元软件软件 5181532.1CATIA软件 5287052.2有限元法理论概述 5272262.3ANSYS详述 513772.3.1ANSYS有限元分析的简介和特点 5109832.3.2ANSYS的功能 5234092.3.3ANSYS软件操作过程 660683单级主减速器设计 796583.1主减速器基本参数的设计过程 7281373.1.1发动机最大功率 7200993.1.2发动机最大转矩的计算 744653.1.3确定减速比 7107213.1.4主减速器计算载荷的确定 7201203.2锥齿轮的基本数据 885273.2.1主、从动锥齿轮齿数 814723.2.2小大锥齿轮齿面宽、 895013.2.3锥齿轮基本的数据 8311483.3器锥齿轮强度计算 10230403.3.1单位齿长圆周力 10320453.3.2齿根弯曲强度的计算 10277983.3.3轮齿的接触强度 114103.4材料的选择 11278353.5主减速器的三维模型图 11125674一对啮合齿轮应力分析 1124254.1定义单元类型 12112324.2设定材料的类型 12118274.3在有限元中构建模型 12261314.3.1将建立的模型导入 12203804.3.2对实体模型进行网格划分 12139414.4施加载荷 13211794.4.1选择求解方法 1466304.4.2求解 1413094.5计算结果 148335结论 16938致谢 169054参考文献 171绪论研究火车主减速器的背景及研究其的重要性由于货车工作条件的复杂且非常恶劣和其工作时间的持久时间，导致货车在长途运输中的安全性很难得到保障，货车事故一般情况下也是非常严重的，所以货车主要的部件的安全可靠性是研发中一个非常重要的部分。因此，由上述可知，研究货车主要的零件的安全可靠性是非常有必要的。所以本文就以主减速器的一堆啮合齿轮为对象进行写作。图1-1某品牌的中型货车齿轮力学研究现状齿轮力学方面的研究在很早就已经开始了，最开始，格力森研究了齿面接触分析的理论。此后，在许多的的研究人员的持续研究下，研究的内容从单一的齿面到了整个齿轮系统，并且考虑到了各个部分的力学性能。研究技术人员开始了更进一步的探索对于齿轮的润滑阻尼和齿轮抗疲劳强度得出的研究成果比较多，对于齿形压力角、齿侧间隙、时变啮合刚度的钻研还很少。国内的研究技术人员在优化理论且在计算机软件的结合下，很多的研究技术人员通过物理模型的仿真实验得到了很多的研究成果。随着计算机的发展，有限元法也有了很大的发展，所以，用有限元对主减速器一对啮合齿轮进行分析的得出的结果，是对现实中的制造方面有一定的帮助意义。1.3研究内容这篇毕业论文是用有限元的方法对减速器中的一对啮合齿轮进行分析，主要工作如下：通过阅读很多文章，了解齿轮啮合的相关知识及其相关的计算2.介绍相关软件的使用3.设计求出主减速器中所需要的数据。4.用相关软件进行实体模型的建立。5.用有限元软件对啮合齿轮进行分析，得出所需要的结果。1.4研究方法有限元的发展伴随着计算机的发展，如今，有限元可以解决几乎解决绝大部分力学有关方面的需求。有限元法是很多的研究人员共同做出来的，但求解的步骤是一致的。有限元最开始之能用于解决固体力学的问题。Melosh证明有限元法可以解决连续介质的问题后，有限元法的用途更加的广泛了。经过这些年的不断发展下，有限元法得到了很大的发展，既在结构分析上取得了很大的成功并且也在现象方面的分析有了一定的基础。2CATIA软件和有限元软件软件2.1CATIA软件CATIA软件最开始是由达索公司设计研究出来的的，达索公司也一直在坚持用这个软件。这个软件创造出来后，IBM和波音也开始使用此软件，在随后的时间里渐渐得到普及。本软件在建立所需要的模型是，如果知道模型的基本数据的话，模型会很快的绘制出来。设计该软件的团队是在重视和有大量的人才前提下使软件走向成功。FrancisBernard创造出了此软件，他在大学时的专业与力学也相关。达索公司的工程师们的年龄都不是很大，非常的年轻。2.2有限元法理论概述有限元(简称：FEM)。有限元是把一个整体分成有限个，而所划分的有限个单元会有有限个节点来进行连接，然后按照变形的协调将各个单元重新的组合在一起并进行计算。它的普及运用使很多的理论在现实中实现。2.3ANSYS详述2.3.1ANSYS有限元分析的简介和特点ANSYS是全球第一使用广泛有限元计算软件，具有非常强大功能，内置有很多种单元类型，可以解决很多很难的问题。ANSYS具有很强的问题处理能力，可以满足研究中很多难且复杂的问题。。2.3.2ANSYS的功能ANSYS软件在发展的过程中，应用的方面也越来越多，广泛应用在航空航天、桥梁、电子、机械等领域。ANSYS的功能主要有：物体结构、热分析、电磁、流体几个方面。2.3.3ANSYS软件操作过程1.建模：首先建立要分析的实体模型。然后输入所需要的数值，要满足有限元计算的目的。有限元最主要和最核心的功能就是对建立的模型进行结构离散化处理，模型建立好以后分割单元网格，然后根据要求进行有限元的网格分割划分，最后比对，再就是对结果进行不停地循环，直到能满足所需的要求为止。2.求解模块计算：首先对需要的参数进行分析并计算出所需要的结果。因为计算阶段的运算量非常的大，需一直循环，而且也比较复杂，这部分工作在计算机上操作则计算机就可以自动完成，可以节省计算量与工作时间这里可以通过有限元分析软件的控制来实现且自动得出结果。3.后处理：在得出结果以后，根据需要处理后，然后判断，判断结构性能的好坏，然后做出相应操作。3单级主减速器设计3.1主减速器基本参数的设计过程3.1.1发动机最大功率汽车发动机功率计算公式如（3-1）：（3-1）（3-2）3.1.2发动机最大转矩的计算(3-3)故由式(3-3)求得：；3.1.3确定减速比对于货车计算货车的减速比，按(3-4)来确定计算：(3-4)货车的功率一般来说是比较大的，所以为了功率满足要求，主减速要比算出的值大四分之一左右，故减速比值取.4主减速器计算载荷的确定从动锥齿轮的计算转矩：算得：(3-5)主动锥齿轮的计算转矩为：(3-8)当：=8134.5时=1873。3.2锥齿轮的基本数据3.2.1主、从动锥齿轮齿数本文设计为货车，所以主动锥齿轮为应该大于6，在次选主动锥齿轮为9，因为传动比是4.99，所以从动锥齿轮为46。所以=9，=46。3.2.2小大锥齿轮齿面宽、本文中取节锥齿轮的0.3倍为从动锥齿轮齿面宽，=48，这也符合要求，同时对于弧齿锥齿轮，的110%为，所以。3.2.3锥齿轮基本的数据小齿轮齿数Z19大齿轮齿数Z246小齿轮齿面宽b152.8大齿轮齿面宽b248大齿轮分度圆直径D2310大齿轮节锥距A0159.34大齿轮齿顶高h21.868大齿轮齿根高h210.481径向间隙C1.364大齿轮齿全高h12.349大齿轮齿工作高.hg10.985大齿轮外圆直径d02310.854小齿轮的外圆直径d0191.671图3-1主动锥齿轮图3-3行星齿轮图3-4半轴齿轮3.3器锥齿轮强度计算3.3.1单位齿长圆周力通常来说可以用尺长圆周力来计算齿轮的耐磨性，即(3-11)(3-12)当货车低速行驶时，当货车挂直接换挡变速器时，直接档：直接换挡变速器（DirectShiftGearbox）也称为S-Tronic变速器或者双离合变速器（Double-clutchGearbox），它特殊的地方在于它比别的变速器换挡更快，传递的扭矩更大而且效率更高。按驱动轮打滑的转矩计算时：3.3.2齿根弯曲强度的计算锥齿轮齿根弯曲应力：齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，J(小齿轮)=0.3，J(大齿轮)=0.252。对于从动齿轮，当时，。3.3.3轮齿的接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为由以上结果得出，主从动齿轮的齿面接触应力是相同的。对于主动齿轮，当，。以上数据基本满足设计要求，设计任务结束。3.4材料的选择驱动桥锥齿轮的工作过程是非常恶劣的，因此锥齿轮材料应采用耐磨性高、有韧性、热处理后变形不大的材料。3.5主减速器的三维模型图图3-54一对啮合齿轮应力分析4.1定义单元类型步骤：选择主菜单，点击前处理器，定义单元类型，增加或者编辑。4.2设定材料的类型有限元分析中所有分析都必须知道材料属性。步骤：选择主菜单，点击前处理器，选择所要分析的材料属性，材料模型。图4-1定义材料属性4.3在有限元中构建模型有限元构建模型的两种方法。1)可以直接导入现有的实体模型。2)可直接在软件中生成。4.3.1将建立的模型导入这里是将建立的实体模型导入到有限元软件中，如下图4-2所示。图4-2主从动齿轮啮合实体模型4.3.2对实体模型进行网格划分步骤：点击/预处理/啮合/meshtool/，在弹出的对话框中选择智能尺寸6级精度如图4-3meshtool，点击啮合，选择要分割的两个齿轮。图4-3划分网格4.4施加载荷有限元对载荷的限定有约束,支撑等。这里为集中力约束。图4-4施加载荷4.4.1选择求解方法步骤：点击主菜单，解决方案，分析类型，解决方案控件，弹出解决方案控件对话框。4.4.2求解从菜单中选择求解器后，开始求解，步骤：主菜单，求解，求解，当前LS。图4-5求解4.5计算结果图4-6应力云图与应变图结论5结论毕业论文到此已经基本结束，本次论文主要围绕主减速器的一对啮合齿轮来进行设计并通过相关数据计算得出相关的数据，然后通过建模软件建模，最后通过有限元分析软件得出结果。在此次写作中，使我对有限元分析软件有了更深刻的了解，让我受益匪浅。本次毕业论文的写作，使我受益匪浅。在论文的写作过程中，虽然也有很多不懂的地方的，但通过老师的指导，同学的帮助，并最后圆满的完成论文。参考文献[1]何伟.某轻型载货汽车主减速器器齿轮疲劳寿命仿真与试验研究[D].吉林大学,2016.[2]朱财龙.汽车驱动桥主减速器齿轮疲劳寿命研究[D].合肥工业大学,2010.[3]AKahaman.EffectofAxialVibrationsontheDynamicsofaHelicalGearPair[J].JournalofVibrationandAcoustics,1993,115(1):33-39.[4]MBuechter,CGKlein,CKloeters,etal.DiagnosticDilemmainaPatientwithJaundice:toDifferentiatebetweenAutoimmunePancreatitis,PrimarySclerosingCholangitisandPancreasCarcinoma[J].Casereportsingastroenterology,2012,6(1):206-211.[5]MKang,KahamanA.AnExperimentalandTheoreticalStudyofQuasi-StaticBehaviorofHelicalGearSets[J].JournalofMechanicalDesign,2020,143(4):1-25.[6]HVinayak,RSingh.DynamicanalysisofFlexibleGearsforHighPowerDensityTransmissions[J].Proc.InterGerng94,1994:105-110.[7]HHoujoh,KUmezawa,SMatsumura.VibrationAnalysisofaPairofHelicalGearsMountedonElasticShatfs[J]ASMEPowerTransmissionandGearingConference,1996(88):501-508.[8]KMorikawa,KKumagai,MKomori,etal.TransmissionErrorPredictionMethodofPlanetaryGearsTakingAccountofAlignmentError[J].Jamdsm,2012,6(4):513-525.[9]GuilbaultR,SébastienLalonde,ThomasM.Nonlineardampingcalculationincylindricalgeardynamicmodeling[J].JournalofSound&Vibration,2012,331(9):2110-2128.[10]DMohammed,MRantatalo,Jan-OlovAidanpää.Dynamicmodellingofaone-stagespurgearsystemandvibration-basedtoothcrackdetectionanalysis[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,2015(54-55):293-305.[11]MMohammadpour,STheodossiades,HRahnejat,PKelly.Transmissionefficiencyandnoise,vibrationandharshnessrefinementofdifferentialhypoidgearpairs[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartK:JournalofMulti-bodyDynamics,2014(1):228-237.[12]IKaragiannis,T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