采用有限元方法设计减速器重要零部件

毕业设计（论文）题 目 采用有限元方法设计减速器重要零部件学 院 机电与车辆工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 学 号 指导教师 重 庆 交 通 大 学2016 年目 录摘要 .IAbstract .II绪论 .11 课题研究背景及意义 .12 减速器齿轮接触强度的研究现状 .13 减速器轴强度分析的研究现状 .24 主要研究内容 .2第 1 章 有限元法概述 .31.1 有限元法的概念 .31.2 有限元法的基本思想 .31.3 有限元法的发展 .41.4 有限元法的特点 .41.5 有限元法的工程应用 .41.6 有限元法所需的基础知识 .5第 2 章 采用有限元方法设计减速器的齿轮 .62.1 齿轮接触有限元分析的基础 .62.2 齿轮基本参数的计算 .62.3 齿轮几何模型的建立 .102.4 齿轮接触有限元模型的建立 .112.4.1 简化模型 .112.4.2 模型的导入 .122.4.3 赋予齿轮材料属性 .122.4.4 建立分析步 .122.4.5 创建接触对 .122.4.6 网格划分 .132.4.7 约束条件与载荷 .142.5 齿轮接触静力学分析 .142.5.1 提交作业并查看分析结果 .142.5.2 输出接触力 .152.6 结果讨论 .162.6.1 两齿啮合的部位的优化处理办法 .172.6.2 齿根的优化处理办法 .172.7 减速器齿轮的优化设计 .182.8 本章小结 .19第 3 章 采用有限元方法设计减速器的轴 .203.1 高速轴有限元分析基础 .203.2 减速器轴基本尺寸的计算 .203.2.1 轴的材料选择及最小直径的估算 .213.2.2 高速轴的结构设计 .223.2.3 轴强度的校核计算 .243.2.4 键联接选择与强度的校核计算 .253.3 轴模型的建立 .253.3.1 几何模型的建立 .253.3.2 有限元模型的建立 .253.4 轴的静力学分析 .273.5 结果讨论 .283.6 减速器轴的优化设计 .283.6.1 优化方案的确定 .283.6.2 轴的改进 .283.6.3 改进轴的有限元模型建立 .293.6.4 改进轴的静力分析 .293.7 本章小结 .30第 4 章 总结与展望 .31结束语 .32致谢 .33参考文献 .342016 届机械设计制造及其自动化专业毕业设计I摘 要减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置。用来降低原动机转速或增大转矩，以满足工作机的需要。由于减速器具有结构紧凑，传动效率高，传动准确可靠，使用维护方便等优点，故在工矿企业及运输，建筑等部门中运用极为广泛。本文主要对减速器的齿轮和轴承两部分进行三维实体建模和有限元分析，分析齿轮和轴承在减速器工作时其应力分布状况，从而对其进行优化设计，使减速器结构更加合理。主要步骤为：1.齿轮和轴基本参数的计算2.几何模型以及有限元模型的建立3.静力学分析4.对分析结果进行讨论5.零部件的优化设计关键词：减速器，有限元，齿轮，轴XXX：采用有限元方法设计减速器重要零部件IIAbstractReducer is an independent closed mechanical transmission device between the prime mover and the working machine. Used to reduce the prime mover speed or increase the torque to meet the needs of the working machine. Because the reducer has a compact structure, the transmission efficiency of the reducer is the original motivation and independent of the working machine between the closed mechanical transmission. Used to reduce the prime mover speed or increase the torque to meet the needs of the working machine. Due to its compact structure, high transmission efficiency, accurate and reliable transmission, easy to use and maintenance, etc., it is widely used in industrial and mining enterprises and transportation, construction and other departments.This paper mainly two parts of 3D solid modeling and finite element analysis for the gear and the bearing of gear reducer and analysis of gear and bearing reducer on the stress distribution, so as to optimize the design, so that the reducer structure more reasonable.The main steps are:1. the calculation of the basic parameters of gear and shaft2. the geometric model and the finite element model3. static analysis4. the analysis of the results are discussed5. Optimum design of componentsKey Words：reducer ,finite element ,gear ,shaft2016 届机械设计制造及其自动化专业毕业设计1绪 论 1 课题研究背景及意义减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速器是一种相对精密的机械，由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，使用它的目的是降低转速，增加转矩。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥圆柱齿引轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速器。由于减速器具有结构紧凑，传动效率高，传动准确可靠，使用维护方便等优点，在现代机械中应用极为广泛。应用常规的设计方法和已经积累的经验，可以较好的完成普通减速器的设计。但在高速、重载等特殊工况条件下（如汽车、空气压缩机、飞机等），系统的重量、体积、振动、噪声均是考查的指标，而箱体、支撑系统的变形、轴承孔的加工误差、齿向误差等均会影响齿轮的接触精度、接触应力的分布、振动噪声等，因此需要把箱体、轴承、齿轮作为一个系统来考虑进行齿轮结构参数和修形设计，此时常规的设计方法显得无能为力,必须采用数值方法才能完成。各种误差的存在最终体现在对齿轮接触状态的影响，因此齿轮接触应力分析是设计的重点、是修形的基础也是数值分析的难点。目前，各种数值分析软件中，ABAQUS 软件的接触分析功能较强，但处理齿轮减速器这样复杂的接触问题，系统的建模方法、模型简化、程序中计算常数的选择等均是需要解决的问题，因此，本文注重探索利用ABAQUS软件对齿轮减速器工作时的应力状态分析的方法。ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS 除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。XXX：采用有限元方法设计减速器重要零部件2ABAQUS软件是大型通用有限元分析软件，ABAQUS的前处理器中有建模功能，但由于直接在ABAQUS软件中建立精确的齿轮齿廓比较困难，本文是应用CATIA软件建立齿轮的三维实体模型，把其导入有限元分析软件ABAQUS中进行有限元分析。2减速器齿轮接触强度的研究现状接触问题是实际生产和生活中普遍存在的力学问题。两个物体在接触界面上的相互作用是复杂的力学现象，也是物体发生损坏失效的主要原因。接触问题属于典型的状态非线性问题，在力学上主要表现为高度的材料、几何、边界三重非线性。其中材料非线性是指材料非线性的应力应变关系，而结构经受大变形导致几何形状变化引起几何非线性，还有接触面上的非线性。计算机技术的发展为数值求解接触问题奠定了发展基础，在此基础上有限单元法以及以有限单元法作为核心的CAE 技术得到快速发展，为实际工程中复杂地接触问题求解提供了有利的方法。20 世纪70 年代末期以来，基于有限单元法的一些数值计算方法相继出现，。应用有限单元法分析弹性接触问题己在数值方法及理论上较为成熟，随着ANSYS、ABAQUS等大型有限元分析软件的出现，有限元法在实际工程中求解接触问题时得到了广泛的应用。3减速器轴强度分析的研究现状减速器轴是减速器主要零部件，主要功用是支承机器中的旋转零件( 如齿轮、带轮等) ，并传递运动和动力。所以减速器轴的强度分析是非常重要的，以下我们就轴的传统强度分析与有限元强