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《辽宁工程技术大学》 2009年
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齿轮传动接触问题的数值模拟研究

张宛君  
【摘要】:当代计算力学的研究重点己经更多的从线性问题转向非线性问题,从静力问题转向动力问题,接触问题就是一种很普遍的非线性行为。 接触问题广泛存在于机械工程、土木工程、水利工程、石油化工等领域。但由于实际接触问题的复杂性,用经典的Hertz接触理论并不能满足工程上对精度的要求,因此随着计算数学和有限元技术的发展,应用有限元软件,通过简化建立有限元数值模型,继而加以求解计算就成为了解决接触问题的有效途径。 为了研究接触问题的数值模拟方法,本文从接触问题基本理论和有限元软件相结合角度出发,首先详细阐述了接触问题的基本理论基础,接着阐述了ANSYS有限元软件在接触问题中的应用,ANSYS分析接触问题的优点及主要步骤,最后对齿轮传动接触问题进行阐述,齿轮是现代机械传动中的重要组成部分,也是最容易出现故障的零件。齿轮是圆周上均匀分布着凸起的有齿机械构件,凸起部分称为齿或轮齿。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。在所有的机械传动中,齿轮传动应用最广,可用来传递任意两轴之间的运动和动力。齿轮传动的特点是:结构紧凑,比带、链传动所需的空间尺寸小。齿轮传动平稳,传动比精确,工作可靠、效率高、寿命长,这也是其它机械传动所不能比拟的。齿轮的各种齿的接触问题,一般都用料材力学的方法作粗糙的估算。其实,对这类问题应当从弹性、塑性理论出发,考虑接触的移动,考虑齿形在空间的不规则形状,考虑润滑条件,研究出精密的解决办法,这类接触问题还包含着磨损和疲劳等因素,有危险点位置和应力的问题。接着讨论了齿轮传动的运动设计和承载能力设计,齿轮接触有限元分析是检验轮齿接触强度和弯曲强度的有效方法。 在此基础上利用ANSYS软件对齿轮轮齿啮合过程中的应力变化情况进行仿真分析,得到轮齿在啮合过程中应力随时间的变化情况。数值分析结果表明:利用ANSYS软件解决接触问题,其计算结果比基于赫兹理论的计算更可靠,精度更高,计算过程自动化,在后处理中能迅速、直观、准确地观察到计算结果。
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TH132.41

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