摘 要

齿轮是工业旋转机械中最重要的零件之一。其中，锥齿轮常被用来用于轴线相交的传动。对直齿锥齿轮刚度的分析，是对直齿锥齿轮动态分析、故障诊断、齿形修形等分析的基础。在本文中，首先，运用三维造型软件Pro/E对直齿锥齿轮进行三维建模,然后将其导入到有限元分析软件ANSYS中，对其进行有限元分析,并与理论值进行比较。从比较中，既可以达到各种计算方法的相互验证，又可以看出各种方法的优劣以及锥齿轮刚度的变化趋势。

本文基于PROE与ANSYS,对直齿锥齿轮主要做了以下几方面工作:

1、建立三维渐开线锥齿轮模型

利用PRO/E 5.0,建立标准的渐开线锥齿轮。在PRO/E 5.0中，通过绘制渐开线创建齿轮的方法创建标准直齿锥齿轮三维实体模型。

2、直齿锥齿轮刚度的有限元分析

将直齿锥齿轮三维模型导入有限元分析软件Ansys，网格划分好之后施加约束，然后加载均布载荷，计算结束之后查看锥齿轮的应变云图。

3、锥齿轮啮合时刚度的理论分析与计算

根据机械设计理论，通过理论力学和材料力学的力学方法计算出锥齿轮刚度的理论值，和有限元计算结果进行比较分析。

通过以上三方面的工作，可以为锥齿轮的刚度分析与研究提供一套行之有效的方法，和传统的计算方法相比，显示出有限元分析方法快速有效的优点。

关键词：直齿锥齿轮，有限元分析，刚度

ABSTRACT

Gear is one of the most important parts in rotating machinery industry. Among them, the bevel gear, as one of the commonly used parts ,is often used for the transmission axis intersect. Analysises of straight bevel gear stiffness are the basis of straight bevel gear dynamic analysis, fault diagnosis, profile modification and so on. In this paper,we are first to use the 3D modeling software Pro\/E for three-dimensional modeling of the straight bevel gear;Then , imported the model into the finite element analysis software ANSYS, to finite element analysis and compared with the theoretical value. From the comparison, we can not only achieve the mutual authentication method, but also can be seen the changing trend merits and bevel gears of various methods of stiffness.

Based on CAD/CAE software, the following aspects are done for the engine front-end gear transmission system:

1. The build of 3d model for engine gear

Using the pro/e 5.0 to build the 3d model of gear . In the pro/e 5.0 , by the method of drawing involute ways to create standard gear .

2. Finite element analysis of straight bevel gears stiffness

Involute the three-dimensional model bevel gear into the finite element analysis software —Ansys. After being meshing impose constraints, and then loading the uniform load, checking the bevel gear after calculating strain contours.

3. Bevel gear meshing stiffness theoretical analysis and calculation

Depending on the mechanical design theory, compared the national standard method to calculate the theoretical value of the bevel gear stiffness with the finite element calculation results .

Through the above three aspects of the work, providing an effective method for the simple bevel gear designing and analysises ; Compared with the traditional calculation methods, finite element analysis method shows the advantage of quickly and efficiently.

Keywords: straight bevel gear，finite element analysis，Stiffness

目录

目录 3

第一章 前言 1

1.1本文研究背景及意义 1

1.2 齿轮研究的现状和发展趋势 1

1.2.1 齿轮刚度计算方法的发展历史 2

1.2.2 齿轮PROE的研究现状与发展 2

1.3 ANSYS概述 2

1.4 ANSYS的主要模块和特点 3

1.5 本文研究的主要内容 5

第二章 直齿锥齿轮的三维建模 6

2.1 直齿锥齿轮的简介 6

2.2 锥齿轮的三维模型建立 6

第三章 直齿锥齿轮刚度的有限元分析 9

3.1直齿锥齿轮刚度的定义 9

3.2 齿轮传动失效形式和设计准则 9

3.2.1 失效形式 9

3.2.2 设计准则 11

3.3 静力学分析基础 11

3.3.1 结构静力学分析简介 11

3.3.2 ANSYS静力分析基本过程 12

3.4 三维直齿锥齿轮模型弯曲应力的分析 12

3.4.1 导入模型到ANSYS并简化模型 12

3.4.2 添加材料信息 14

3.4.3 网格划分 17

3.4.4 施加约束 18

3.4.5施加载荷 19

3.4.6 计算求解 21

3.4.7 查看应变云图及结果分析 22

第四章 直齿锥齿轮刚度的理论计算 28

4.1 锥齿轮刚度的理论计算 28

第五章 结论与展望 32

5.1 结论 32

5.2 展望 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 前言

1.1本文研究背景及意义

齿轮在传动中的应用很早就出现了，公元前三百多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中，就阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题，中国古代发明的指南车中也已应用了整套的轮系。齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛，当前，机械传动中使用最多的一种传动形式仍然还是齿轮传动。从目前齿轮的应用来看，齿轮传动有着向重载、高速、低噪声和高可靠性等方向发展的趋势,因此当前对齿轮的优化主要以齿轮传动时的静、动态特性研究为主。齿轮有多种失效形式，包括齿面磨损、齿面胶合、疲劳点蚀和轮齿折断等，普通的机械设计上一般只把齿轮的强度计算作为齿轮设计的主要研究内容而忽视了齿轮的刚度对齿轮传动的影响。之所以没有从齿轮刚度方面进行分析与研究，主要是因为齿轮刚度受诸多方面影响，无法采用准确而统一的数学公式进行计算。得益于计算机技术的快速发展，利用有限元分析法使齿轮的刚度分析与研究成为了可能并逐渐普及起来。利用相关的有限元分析软件，可以得到导入软件中的锥齿轮模型上各节点的应力，然后将各处应力代入传统的齿轮刚度计算公式中，分析齿轮各种参数对齿轮刚度的影响。基于有限元分析软件，借助计算机疲劳分析技术，现已成为研究齿轮刚度，提高齿轮结构的承受载荷能力和延长齿轮预期使用寿命的新方法。

通过大型有限元结构分析软件对齿轮刚度的分析与研究具有如下重要意义: