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1、毕业设计任务书设计题目： 双圆弧齿轮传动的啮合特性与仿真研究 系部： 机械工程系 专业： 机械电子工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解双圆弧齿轮传动原理的基础上，利用三维实体建模软件，建立双圆弧齿轮的三维有限元模型，实现有限元分析模型的参数化，从而方便地对不同齿形参数的齿轮进行有限元分析和计算。为学生在毕业后从事机械设计工作打好基础。2主要任务（1）分析双圆弧齿轮传动原理；（2）实体建模；（3）对模型进行有限元分析；（4）参数化建模；3主要参考资料1 卢贤瓒、尚俊开著.圆弧齿轮啮合原理.北京：机械工业出版社
2、,2003,1.2 邵家辉.圆弧齿轮.北京：机械工业出版社,1994,10.3 李世国，AutoCAD高级开发技术ARX编程及应用.机械工业出版社,1999,09.4 王勋成.有限单元法基本原理与数值方法M.北京：清华大学出版社,1997.4进度安排设计各阶段名称起止时间1查阅文献，完成开题报告2015-03-022015-03-102学习双圆弧齿轮传动原理2015-03-112015-03-313用Rro-E实体建模2015-04-012015-04-154用ANSYS进行啮合特性限元分析2015-04-162015-05-155用Rro-E参数化建模2015-05-152015-05-31
3、6整理毕业论文，准备答辩2015-05-312015-06-10审核人： 年 月 日双圆弧齿轮传动的啮合特性与仿真研究摘 要：随着对齿轮研究的不断深入及工业的不断发展，人们对渐开线齿轮的研究已相当成熟，但随着对齿轮强度要求的不断提高，渐开线齿轮已无法满足要求。而双圆弧齿轮的诞生很好的解决了这一问题，但对其的研究还不成熟。本文研究的主要内容是利用Pro/E软件制作双圆弧齿轮的建模，并利用ANSYS软件完成螺旋角对其应力的影响分析。求出齿轮在啮合过程中应力的变化情况和螺旋角对应力的影响。最后对齿轮进行模态分析，求出齿轮的固有频率。关键词：双圆弧齿轮，Pro/E，模态分析，ANSYSDouble C
4、ircular Arc Gear Meshing Characteristic Research and SimulationAbstract：With the deepening research on gear and industrial development, peoples study of the involute gear has been quite mature, but with the continuous improvement of gear strength requirements, involute gear has been unable to meet t
5、he requirements. The birth of double circular arc gears is a good solution to this problem, but its research is not mature. The main content of this paper is to use Pro/E software to make a double arc gear modeling, and use ANSYS software to complete the screw angle to its stress analysis. The influ
6、ence of the stress of the gear during the course of engagement and the stress of the helix angle is calculated. Finally, the modal analysis of the gears is carried out, and the natural frequency of the gear is calculated.Keywords: Double circular arc gear，Pro/E，Modal analysis，ANSYS目 录1 前言11.1圆弧齿轮发展概
7、述11.2圆弧齿轮的国内外发展11.3圆弧齿轮的特点21.4圆弧齿轮的应用21.5本文的主要研究方法和研究内容21.6本文的研究目的和意义32.齿轮传动的啮合理论基础42.1圆弧齿轮共轭原理42.2圆弧齿轮基本齿廓及其参数计算42.2.1双圆弧齿轮基本齿廓42.2.2双圆弧齿轮基本齿廓参数计算52.3圆弧齿廓齿面方程73 基于Pro/E的双圆弧齿轮的参数化建模93.1Pro/Engineer软件简介93.2双圆弧齿轮参数化建模93.2.1建模思路93.2.2建模步骤94 基于ANSYS的双圆弧齿轮螺旋角对齿轮应力影响及两种齿轮的应力比较164.1ANSYS软件简介164.2分析基本过程及方法1
8、64.2.1定义工作目录及名称164.2.2导入.igs文件174.2.3定义单元类型174.2.4定义材料属性184.2.5网格划分184.2.6定义接触对194.2.7施加约束及载荷234.2.8求解254.3螺旋角对双圆弧齿轮应力影响264.3.1分析思路264.3.2分析结果264.3.3分析结论284.4两种双圆弧齿轮GB/T12759-1991与OCT15023-69应力比较294.4.1分析思路294.4.2分析过程294.4.3结果分析315 基于Workbench的双圆弧齿轮动态接触瞬态动力学分析335.1创建瞬态动力学分析系统335.2定义材料数据335.3建立几何模型34
9、5.4创建有限元模型355.4.1给模型赋予材料属性355.4.2划分网格355.4.3选取齿轮齿面365.4.4定义齿轮齿面接触对365.4.5定义转动铰链结构375.5瞬态动力学求解375.5.1瞬态动力学求解的基本设置375.5.2定义转速385.5.3定义阻力矩395.5.4求解395.6查看结果396 基于ANSYS的双圆弧齿轮模态分析426.1模态分析426.1.1基本概念426.1.2模态分析作用426.1.3模态分析方法426.2分析过程446.2.1定义工作目录及名称446.2.2导入.igs文件446.2.3定义单元类型446.2.4定义材料属性446.2.5网格划分456
10、.2.6施加约束条件456.2.7定义模态分析466.2.8求解476.3分析结果477 总结与展望487.1论文的主要工作和结论487.2进一步的研究工作48参考文献49致 谢5051太原工业学院毕业设计1 前言1.1圆弧齿轮发展概述齿轮传动是现代各类机械中应用最广的一种基本传动形势，它依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和动力，并具有传递功率范围大、传递效率高、传动比准确、使用寿命长，工作可靠等优点，因此，齿轮传动技术成为机械工程技术的重要组成部分。但随着科学技术的发展，对高速、重载、大功率的齿轮传动装置提出了更高的要求。为了提高齿轮传动的承载能力以适应生产发展的要求，1926年
11、美国人威尔德哈泊（E.Wildhaber）首先在齿轮传动中采用圆弧齿形。后来，前苏联的诺维科夫（M.JI.Hobnkob）于1954年又提出了采用端面圆弧齿形的点啮合传动理论，并对其进行分析和实验，结果表明，圆弧齿轮和相同的渐开线齿轮相比，其承载能力远远高于渐开线齿轮，同时，圆弧齿轮寿命更长。但难于制造，并未得到应用。在前苏联的库德略夫采夫提出并解决了利用滚刀滚切法加工圆弧齿轮之后，圆弧齿轮传动才得到真正应用。从此，圆弧齿轮得到迅速的发展。1.2圆弧齿轮的国内外发展20世纪60年代，苏联提出公切线式双圆弧齿轮，这种齿轮广泛应用于重型机械的传动系统中，前苏联制造的减速器，全部采用公切线式双圆弧齿
12、轮，减速器重量较传统齿轮减少30%左右。除了苏联，其他国家也非常重视圆弧齿轮的应用。英国一家名为AEI公司研制了大量的大传动比、大功率圆弧齿轮，并进行大量实验，这种圆弧齿轮是相同渐开线齿轮的36倍。后来，圆弧齿轮的研究中，日本同样取得了很大的成果，日本率先发明出双圆弧齿廓的齿轮油泵，并申请了专利。中国对圆弧齿轮的研究最早是在20世纪50年代中期，从前苏联引入。之后，中国从1958年开始对圆弧齿轮进行了大量的研究和实验，1967年颁布了单圆弧齿轮基准齿形标准。后来又着手研究双圆弧齿轮，并取得很大的成果，并在1978年制定了统一通用型，1980年12月又将统一通用型定为标准齿形。在理论研究方面，经
13、过许多高等院校及科研机构的大量实验，在1986年提出双圆弧齿轮强度计算方法，这对于双圆弧齿轮的发展具有重大意义。1.3圆弧齿轮的特点（1）圆弧齿轮有较高的接触强度和承载能力由于圆弧齿轮是凹凸啮合传动，和渐开线齿轮相比，其综合曲率半径更大，从而有更高的接触强度，通常圆弧齿轮的承载能力是渐开线齿轮的1.5-2.5倍。（2）圆弧齿轮更容易产生动压油膜在传动过程中，接触线由齿轮的一端迅速向另一端移动，从而更容易产生油膜，达到较高的传动效率和抗磨损能力，提高齿轮抗胶合能力并延长齿轮使用寿命。（3）圆弧齿轮有较好的跑合性。在齿轮接触瞬间，由于是凹凸齿形接触，因此非常容易磨合，从而提高齿轮传动精度。（4）圆
14、弧齿轮没有根切现象。渐开线齿轮有齿数限制，因为在齿数较少时，基圆半径会大过齿根圆半径，这样就会产生根切。而圆弧齿轮并不存在这种现场，所以圆弧齿轮可以选择更少的齿数。1.4圆弧齿轮的应用圆弧齿轮应用十分广泛，作为低速重载齿轮传动主要应用于冶金、矿山、石油化工、建材水泥、运输等行业。一些机械所用的圆弧齿轮减速器都大幅度提高了齿轮使用寿命。我国石油工业抽油机几乎全部采用双圆弧齿轮，并且制定了行业标准。圆弧齿轮也在应用于高速重载的汽轮机、压缩机和低速重载的轧钢机等设备上。与一般工业用鼓风机和小型汽轮机发电机组配套的高速圆弧齿轮变速箱已成系列产品，成为我国高速齿轮批量生产的主导产品。1.5本文的主要研究方法和研究内容本文对双圆弧齿轮的研究内容及研究方法主要有以下几点：（1）通过Pro/E三维软件实现对双圆弧齿轮的参数化建模。（2）对双圆弧齿轮进行有限元分析。应用ANSYS软件强大的后处理器功能，对不同螺旋角的双圆弧齿轮进行比较，得出应力随螺旋角的变化情况。（3）利用ANSYS比较两种双圆弧齿轮GB/T12759-1991与OCT15023-69应力大小。（4）利用ANSYS进行模态分析，求得齿轮固有频率，防止因共振而发生零件间的破坏。1.6本文的研究目的和意义传统的齿轮设计方法在设计双圆弧齿轮时存在很多弊端，例如，设计周期过长、资
