文档介绍：毕业设计开题报告(理工类)
设计题目
齿轮的啮合刚度与啮合应力分析
学生姓名
学号
专业
车辆工程
一、课题来源与意义:
现如今,齿轮传动在机械、电子、汽车等领域都有广泛的应用,随着生产和科学技术的发展,齿轮设计、制造等也正向着速度高、承载能力大、重量轻、更精密的方向发展,因此,对齿轮的啮合刚度与啮合应力的分析则成为了研究齿轮承载和齿轮动态特性的重要课题。轮齿的综合变形及刚度的分析,早期的方法以经典材料力学公式为基础,包括当量齿形法,悬臂梁法,这种方法是随着对齿轮修形和齿间载荷分配等问题的研究而出现的,同后来出现的数学弹性力学方法一样,这些方法都在形状、载荷、边界条件等方面均和实际差别很大。随着计算机技术的发展,三维建模软件与有限元分析软件的结合应用在齿轮啮合变形与刚度的研究中起到越来越重要的作用,而且到目前为止,其应用范围已经分布到机械的各个领域。它为机械零部件的综合变形以及刚度的分析提供了很大的便利,并且大大降低了设计机械零件的成本。
本课题采用三维建模软件与有限元分析软件相结合的方法,对齿轮进行啮合刚度和啮合应力分析。利用三维建模软件对齿轮进行建模,然后利用有限元分析软件对模型用不同的计算方法分别进行计算,最后再将用有限元法所得的结果与用机械设计理论计算所得的结果进行对比。
二、有限元分析在国内外齿轮设计中的研究发展现状
有限元分析在国外齿轮设计中的研究发展现状
从20世纪20年代开始,人们已经逐步开始了齿轮动力学的研究。然而,由于建立齿轮系统动力学模型、非线性系统动态响应求解、齿轮时变啮合刚度计算的复杂性等因素的存在,制约了这一理论的研究和发展。长期以来,一直很难在大型齿轮系统动力学研究方面取得突破性进展。如在舰船方面,对舰船用齿轮传动系统的动态特性进行深入研究,建立和完善舰船用齿轮传动系统动态分析的理论和方法。而齿轮副的时变啮合刚度和齿轮副误差是引起齿轮系统振动的主要内部激励因素。又如在汽车行业,齿轮传动系统是汽车传动系统的重要组成部分,其动态特性直接影响汽车传动系统的可靠性。正由于齿轮刚度的种种作用,长久以来,就有不少国外学者在齿轮刚度研究方面做了不少的研究工作。
有限元法在50年代起源于航空工程中飞机结构的矩阵分析。结构矩阵分析认为一个结构可以看作是由有限个力学小单元互相连结而组成的集合体,表征单元力学特性的刚度矩阵可以比喻作建筑物中的砖瓦,装配在一起就能提供整个结构的力学特性。这种处理问题的思路,在1960年被推广用来求解弹性力学的平面应力问题,并且开始采用“有限单元法”这个术语。应用有限单元法求解任意的连续体时,应把连续的求解区域分割成有限个单元,并在每个单元上指定有限个结点,一般可以认为相邻单元在结点上连结构成一组单元的集合体,用模拟或逼近途径对求解区域进行分析。同时选定场函数的结点值,例如取结点位移作为基本未知量;并对于每个单元根据分块近似的思想,假设一个简单的函数(称为插值函数),近似地表示其位移的分布规律,再利用弹塑性理论中的变分原理或者其它方法,建立单元结点的力和位移之间的力学特性关系,得到一组以结点位移为未知量的代数方程组,从而求解结点的位移分量,一经解出,就可以利用插值函数确定单元集合体上场函数。显然,如果单元满足问题的收敛性要求,那么随着单元尺寸的缩小,求解区域内单元数目的增加,解的近似程度