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大型船用二级人字齿轮传动有限元分析

作　者: 胡社来
导　师: 刘正林；李国栋
学　校: 武汉理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 大型船用二级人字齿轮传动 3D模型静态接触分析动态接触分析
分类号: U661
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 314次
引　用: 8次
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内容摘要

船用齿轮传动系统是船舶动力装置的重要组成部分，随着船舶高速化、大型化与重载化的发展，对船用齿轮传动系统的承载能力与传动平稳性提出了更高的要求。因此，深入研究船用多级齿轮传动系统，对于优化系统参数、提高其安全性、可靠性有着重要的理论指导意义。与普通齿轮副相比，船用人字齿轮系统的重合度高，尺寸大，力学特征复杂，研究难度大。如何建立该系统的合理模型，是研究该系统力学特征的关键所在。本文应用大型商用有限元软件ANSYS，对某一大型船用二级人字齿轮传动系统进行了静态与动态分析。具体研究内容如下： (1)介绍了船用二级人字齿轮系统的基本概况。分析了该系统的组成、工作原理，并计算了系统各齿轮的几何参数及额定工况。 (2)建立船用人字齿轮系统的3D模型。采用CAD软件Pro／E，实现船用人字齿轮3D实体的精确建模，并对模型进行标准装配。同时将已装配的齿轮模型导入ANSYS软件，进行网格划分。 (3)对船用人字齿轮传动进行静态接触分析。在ANSYS软件中，定义内圈与旋转轴上质量节点间为刚性区域，确定齿轮的旋转自由度，施加载荷并定义边界条件，定义3D接触单元，进行有限元计算，分析系统的静态承载能力。 (4)对船用人字齿轮传动进行动态接触分析。在非线性动力学模块ANSYS／LS-DYNA中，定义齿轮内圈为刚性体，确保刚性体的质心与齿轮旋转轴相重合，在刚性体上施加载荷并定义边界条件。把相啮合齿面定义为面面接触对，进行动态接触求解，分析啮合过程应力的变化趋势。研究结果表明：在额定载荷下，各人字齿轮的最大应力均未超过材料的许用应力。在整个传动过程中，人字型齿轮副接触压力与应力变化较小，传动平稳。在轮齿啮入与啮出时，齿顶与齿根处有较小的应力集中。本文合理解决了部分轮齿模型的力矩施加问题。

全文目录

第1章前言  6-12
  1.1 概述  6-7
  1.2 研究现状  7-10
    1.2.1 齿轮传动系统在国外的研究现状  8
    1.2.2 齿轮传动系统在国内的研究现状  8-10
  1.3 课题研究意义  10
  1.4 本文主要研究内容  10-12
第2章大型船用二级人字齿轮传动系统  12-18
  2.1 船用二级人字齿轮系统组成与工作原理  12-13
  2.2 齿轮系统参数  13
  2.3 齿轮啮合的接触位置  13-14
  2.4 重合度计算  14-15
  2.5 额定载荷  15-16
  2.6 齿轮强度计算理论  16-17
  2.7 本章小节  17-18
第3章建立齿轮模型  18-30
  3.1 引言  18
  3.2 齿轮实体模型  18-25
    3.2.1 CAD软件Pro／E简介  18-19
    3.2.2 在Pro／E中建立人字齿轮模型  19-25
  3.3 齿轮的有限元模型  25-29
    3.3.1 实体模型的导入  26
    3.3.2 单位制  26
    3.3.3 齿轮模型的网格划分  26-29
  3.4 本章小结  29-30
第4章齿轮副的静态接触分析  30-50
  4.1 引言  30-31
  4.2 有限元理论  31-36
    4.2.1 力学基本方程  31-32
    4.2.2 弹性问题的能量表示  32-33
    4.2.3 应力计算  33-34
    4.2.4 接触分析  34-36
  4.3 有限元模型  36-39
    4.3.1 网格划分  36-38
    4.3.2 接触单元定义  38-39
  4.4 载荷与边界条件  39-41
    4.4.1 施加载荷  39-40
    4.4.2 定义边界条件  40-41
  4.5 求解  41
  4.6 计算结果分析  41-49
    4.6.1 高压端Ⅰ级齿轮副模型的计算结果  41-45
    4.6.2 高压端Ⅱ级齿轮副模型的计算结果  45-48
    4.6.3 静态接触分析结论  48-49
  4.7 本章小结  49-50
第5章齿轮副的动态接触分析  50-57
  5.1 引言  50-51
  5.2 动力学分析理论  51
    5.2.1 ANSYS／LS-DYNA模块简介  51
  5.3 有限元模型  51
  5.4 网格划分  51-52
  5.5 施加载荷与定义边界条件  52-53
    5.5.1 PART ID与刚体定义  52-53
    5.5.2 施加载荷  53
    5.5.3 定义边界条件  53
  5.6 定义接触  53-54
  5.7 求解  54-55
  5.8 计算结果分析  55-56
  5.9 本章小结  56-57
第6章结论与展望  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
附录  63

大型船用二级人字齿轮传动有限元分析

内容摘要

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