基于ansys汽车发动机前端齿轮的接触应力分析毕业设计论文(编辑修改稿)

基于ansys汽车发动机前端齿轮的接触应力分析毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

力进行分析。 齿轮啮合过程作为一种接触行为 , 因涉及接触状态的改变而成为一个复杂的非线性问题。 传统的齿轮理论分析是建立在弹性力学基础上的 , 对于齿轮的接触强度计算均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础 ,在计算过程中存在许多假设 ,不能准确反映齿轮啮合过程中的应力以及应变分布 与变化。 相对于理论分析 ,有限元法则具有直观、准确、快速方便等优点。 ANSYS 是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种在计算数学，计算力学和计算工程科学领域最有效的通用有限元分析软件。 它是融结构，热，流体，电磁，声学于一体的大型通用有限元商用分析软件。 利用 ANSYS 有限元分析，可以对各种机械零件，构件进行应力，应变，变形，疲劳分析，并对某些复杂系统进行仿真，实现虚拟的设计，从而大大节省人力，财力和物力。 由于其方便性、实用性和有效性 ， ANSYS 软件在各个领域，特别是机械工程当中得到了广泛的应用。 课题研究背景 随着计算技术的迅速发展与广泛应用，以有限元法为代表的数值计算方法为齿轮应力和变形分析提供了一种方便、可靠的研究方法．目前齿轮工程中实用的数值解法主要有三种：有限差分法 (FDM)、边界元法（ BEM)和有限元法 (FEM)。 在数值计算方法中最引人注目的是有限元法。 有限元法用于齿根应力分析大约起始于二十世纪六十年代末、七十年代初，此后迅速发展，国外不少研究人员如 Chabert、 Wilcox、户部、 Chang、 Bibel 等都进行过这方面的研究工作．因此，在用有限元方法对直齿轮的齿根应力进行分析时，都 把它简化为力学中的平面应变问题。 为了进行齿面接触强度计算，分析齿面失效和润滑状态，必须分析齿面的接触应力。 经典的齿面接触应力计算公式是建立在弹性力学基础上，而对于齿轮的接触强度计算均以 9 两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础。 由于齿轮副啮合齿面的几何形状十分复杂，采用上面的方法准确计算轮齿应力和载荷分配等问题非常困难甚至无法实现。 随着计算机的普及，齿轮接触问题的数值解法获得了越来越广泛的应用。 数值解法可以求解复杂的齿面接触问题，但不能给出一般性的函数关系。 在工程应用上数值解法具有很大的实用价值，己经取得了很多重 要成果，例如有限元法、边界元法、有限差分法以及与数值方法相配合的各种变分法、实变函数法、泛函分析法等。 在所有这些方法中，有限元法的应用最为广泛，可以求解边界条件、几何形状和载荷方式复杂的工程接触问题。 轮副在工作时，在内部和外部激励下将发生机械振动。 振动系统的固有特性，一般包括固有频率和主振型，它是系统的动态特性之一，同时也可以作为其它动力学分析的起点，对系统的动态响应、动载荷的产生与传递以及系统振动的形式等都具有重要的影响。 在进行结构设计时，使激振力的频率与系统的固有频率错开，可以有效的避免共振的发生。 然而，在齿轮的设计阶段，往往很难得到齿轮固有特性的实验数据，只能通过理论计算得到进行动力学分析的参数，目前最好的方法是有限元分析法。 PRO/E 概述 Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。 Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， Pro/Engineer 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。 是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。 另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。 Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工 程设计。 它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 1． 参数化设计 相对于产品而言，我 们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是 10 参数化的基本概念。 2． 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。 这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 3． 单一数据库（全相关） Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不像 一些传统的 CAD/CAM 系统建立在多个数据库上。 所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。 换言之，在整个设计过程的任何一处发 生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。 例如，一旦工程详图有改变， NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。 这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。 这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。 ANSYS 概述 ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序， 目前，有限元法从它最初应用的固体力学领域，已经推广到温度场、流体场、电磁场、声场等其他连续介质领域。 在固体力学领域，有限元法不仅可以用于线性静力分析，也可以用于动态分析，还可以用于非线性、热应力、接触、蠕变、断裂、加工模拟、碰撞模拟等特殊问题的研究。 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前处理模块 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。 ANSYS 的前处理模块主要有两部分内容 ：实体建模和网格划分。 分析计算模块 分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。 后处理模块 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、 11 立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 软件提供了 200 种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。 ANSYS 软件提供的分析类型如下： 结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。 静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。 ANSYS 程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。 与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。 ANSYS 可进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 结构 非线性分析 结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。 ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种 [12]。 动力学分析 结构动力学分析研究结构在动载荷作用的响应（如位移、应力、加速度等得时间历程），以确定结构的承载能力的动力特性等。 ANSYS 程序可以分析大型三维柔体运动。 当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 热分析 程序可处理热传递 的三种基本类型：传导、对流和辐射。 热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。 热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。 电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。 还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。 流体动力学分析 ANSYS 流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。 分析结果可 12 以是每个节 点的压力和通过每个单元的流率。 并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。 另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 声场分析 ANSYS 把声学归为流体， 程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。 这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声场强度分布 [10] ，或预测水对振动船体的阻尼效应。 压电分析。