中型貨車(chē)主減速器設(shè)計(jì)及嚙合齒輪應(yīng)力分析

I中型貨車(chē)主減速器設(shè)計(jì)及嚙合齒輪應(yīng)力分析摘要：中型貨車(chē)在行駛的過(guò)程中，會(huì)受到很多來(lái)自不同地方的力，這些力對(duì)火車(chē)有很大的影響。另一方面因?yàn)樨涇?chē)的體積和載貨后的重量，行駛過(guò)程中的潛在危險(xiǎn)非常大，所以研究貨車(chē)一些重要的部件是非常有意義的。貨車(chē)的主減速器是貨車(chē)部件中一個(gè)非常重要的部分，它對(duì)貨車(chē)的行駛安全起著很大的作用，因此研究它對(duì)貨車(chē)安全性是很有幫助的。本文主要研究某中型貨車(chē)單級(jí)主減速器中一對(duì)嚙合齒輪，用CATIA建立所需要的實(shí)體模型，最后利用ANSYS分析主減速器中一對(duì)嚙合齒輪的接觸應(yīng)力，并且得到應(yīng)力云圖。關(guān)鍵詞：貨車(chē)；減速器；嚙合齒輪；有限元分析；

目錄TOC\o"1-3"\h\u72511緒論 386501.1研究火車(chē)主減速器的背景及研究其的重要性 337061.2齒輪力學(xué)研究現(xiàn)狀 3270101.3研究?jī)?nèi)容 4321121.4研究方法 4219552CATIA軟件和有限元軟件軟件 5181532.1CATIA軟件 5287052.2有限元法理論概述 5272262.3ANSYS詳述 513772.3.1ANSYS有限元分析的簡(jiǎn)介和特點(diǎn) 5109832.3.2ANSYS的功能 5234092.3.3ANSYS軟件操作過(guò)程 660683單級(jí)主減速器設(shè)計(jì) 796583.1主減速器基本參數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程 7281373.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率 7200993.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 744653.1.3確定減速比 7107213.1.4主減速器計(jì)算載荷的確定 7201203.2錐齒輪的基本數(shù)據(jù) 885273.2.1主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) 814723.2.2小大錐齒輪齒面寬、 895013.2.3錐齒輪基本的數(shù)據(jù) 8311483.3器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 10230403.3.1單位齒長(zhǎng)圓周力 10320453.3.2齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算 10277983.3.3輪齒的接觸強(qiáng)度 114103.4材料的選擇 11278353.5主減速器的三維模型圖 11125674一對(duì)嚙合齒輪應(yīng)力分析 1124254.1定義單元類(lèi)型 12112324.2設(shè)定材料的類(lèi)型 12118274.3在有限元中構(gòu)建模型 12261314.3.1將建立的模型導(dǎo)入 12203804.3.2對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分 12139414.4施加載荷 13211794.4.1選擇求解方法 1466304.4.2求解 1413094.5計(jì)算結(jié)果 148335結(jié)論 16938致謝 169054參考文獻(xiàn) 171緒論研究火車(chē)主減速器的背景及研究其的重要性由于貨車(chē)工作條件的復(fù)雜且非常惡劣和其工作時(shí)間的持久時(shí)間，導(dǎo)致貨車(chē)在長(zhǎng)途運(yùn)輸中的安全性很難得到保障，貨車(chē)事故一般情況下也是非常嚴(yán)重的，所以貨車(chē)主要的部件的安全可靠性是研發(fā)中一個(gè)非常重要的部分。因此，由上述可知，研究貨車(chē)主要的零件的安全可靠性是非常有必要的。所以本文就以主減速器的一堆嚙合齒輪為對(duì)象進(jìn)行寫(xiě)作。圖1-1某品牌的中型貨車(chē)齒輪力學(xué)研究現(xiàn)狀齒輪力學(xué)方面的研究在很早就已經(jīng)開(kāi)始了，最開(kāi)始，格力森研究了齒面接觸分析的理論。此后，在許多的的研究人員的持續(xù)研究下，研究的內(nèi)容從單一的齒面到了整個(gè)齒輪系統(tǒng)，并且考慮到了各個(gè)部分的力學(xué)性能。研究技術(shù)人員開(kāi)始了更進(jìn)一步的探索對(duì)于齒輪的潤(rùn)滑阻尼和齒輪抗疲勞強(qiáng)度得出的研究成果比較多，對(duì)于齒形壓力角、齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度的鉆研還很少。國(guó)內(nèi)的研究技術(shù)人員在優(yōu)化理論且在計(jì)算機(jī)軟件的結(jié)合下，很多的研究技術(shù)人員通過(guò)物理模型的仿真實(shí)驗(yàn)得到了很多的研究成果。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有限元法也有了很大的發(fā)展，所以，用有限元對(duì)主減速器一對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行分析的得出的結(jié)果，是對(duì)現(xiàn)實(shí)中的制造方面有一定的幫助意義。1.3研究?jī)?nèi)容這篇畢業(yè)論文是用有限元的方法對(duì)減速器中的一對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行分析，主要工作如下：通過(guò)閱讀很多文章，了解齒輪嚙合的相關(guān)知識(shí)及其相關(guān)的計(jì)算2.介紹相關(guān)軟件的使用3.設(shè)計(jì)求出主減速器中所需要的數(shù)據(jù)。4.用相關(guān)軟件進(jìn)行實(shí)體模型的建立。5.用有限元軟件對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行分析，得出所需要的結(jié)果。1.4研究方法有限元的發(fā)展伴隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，如今，有限元可以解決幾乎解決絕大部分力學(xué)有關(guān)方面的需求。有限元法是很多的研究人員共同做出來(lái)的，但求解的步驟是一致的。有限元最開(kāi)始之能用于解決固體力學(xué)的問(wèn)題。Melosh證明有限元法可以解決連續(xù)介質(zhì)的問(wèn)題后，有限元法的用途更加的廣泛了。經(jīng)過(guò)這些年的不斷發(fā)展下，有限元法得到了很大的發(fā)展，既在結(jié)構(gòu)分析上取得了很大的成功并且也在現(xiàn)象方面的分析有了一定的基礎(chǔ)。2CATIA軟件和有限元軟件軟件2.1CATIA軟件CATIA軟件最開(kāi)始是由達(dá)索公司設(shè)計(jì)研究出來(lái)的的，達(dá)索公司也一直在堅(jiān)持用這個(gè)軟件。這個(gè)軟件創(chuàng)造出來(lái)后，IBM和波音也開(kāi)始使用此軟件，在隨后的時(shí)間里漸漸得到普及。本軟件在建立所需要的模型是，如果知道模型的基本數(shù)據(jù)的話(huà)，模型會(huì)很快的繪制出來(lái)。設(shè)計(jì)該軟件的團(tuán)隊(duì)是在重視和有大量的人才前提下使軟件走向成功。FrancisBernard創(chuàng)造出了此軟件，他在大學(xué)時(shí)的專(zhuān)業(yè)與力學(xué)也相關(guān)。達(dá)索公司的工程師們的年齡都不是很大，非常的年輕。2.2有限元法理論概述有限元(簡(jiǎn)稱(chēng)：FEM)。有限元是把一個(gè)整體分成有限個(gè)，而所劃分的有限個(gè)單元會(huì)有有限個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行連接，然后按照變形的協(xié)調(diào)將各個(gè)單元重新的組合在一起并進(jìn)行計(jì)算。它的普及運(yùn)用使很多的理論在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)。2.3ANSYS詳述2.3.1ANSYS有限元分析的簡(jiǎn)介和特點(diǎn)ANSYS是全球第一使用廣泛有限元計(jì)算軟件，具有非常強(qiáng)大功能，內(nèi)置有很多種單元類(lèi)型，可以解決很多很難的問(wèn)題。ANSYS具有很強(qiáng)的問(wèn)題處理能力，可以滿(mǎn)足研究中很多難且復(fù)雜的問(wèn)題。。2.3.2ANSYS的功能ANSYS軟件在發(fā)展的過(guò)程中，應(yīng)用的方面也越來(lái)越多，廣泛應(yīng)用在航空航天、橋梁、電子、機(jī)械等領(lǐng)域。ANSYS的功能主要有：物體結(jié)構(gòu)、熱分析、電磁、流體幾個(gè)方面。2.3.3ANSYS軟件操作過(guò)程1.建模：首先建立要分析的實(shí)體模型。然后輸入所需要的數(shù)值，要滿(mǎn)足有限元計(jì)算的目的。有限元最主要和最核心的功能就是對(duì)建立的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化處理，模型建立好以后分割單元網(wǎng)格，然后根據(jù)要求進(jìn)行有限元的網(wǎng)格分割劃分，最后比對(duì)，再就是對(duì)結(jié)果進(jìn)行不停地循環(huán)，直到能滿(mǎn)足所需的要求為止。2.求解模塊計(jì)算：首先對(duì)需要的參數(shù)進(jìn)行分析并計(jì)算出所需要的結(jié)果。因?yàn)橛?jì)算階段的運(yùn)算量非常的大，需一直循環(huán)，而且也比較復(fù)雜，這部分工作在計(jì)算機(jī)上操作則計(jì)算機(jī)就可以自動(dòng)完成，可以節(jié)省計(jì)算量與工作時(shí)間這里可以通過(guò)有限元分析軟件的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)且自動(dòng)得出結(jié)果。3.后處理：在得出結(jié)果以后，根據(jù)需要處理后，然后判斷，判斷結(jié)構(gòu)性能的好壞，然后做出相應(yīng)操作。3單級(jí)主減速器設(shè)計(jì)3.1主減速器基本參數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程3.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式如（3-1）：（3-1）（3-2）3.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的計(jì)算(3-3)故由式(3-3)求得：；3.1.3確定減速比對(duì)于貨車(chē)計(jì)算貨車(chē)的減速比，按(3-4)來(lái)確定計(jì)算：(3-4)貨車(chē)的功率一般來(lái)說(shuō)是比較大的，所以為了功率滿(mǎn)足要求，主減速要比算出的值大四分之一左右，故減速比值取.4主減速器計(jì)算載荷的確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：算得：(3-5)主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：(3-8)當(dāng)：=8134.5時(shí)=1873。3.2錐齒輪的基本數(shù)據(jù)3.2.1主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)本文設(shè)計(jì)為貨車(chē)，所以主動(dòng)錐齒輪為應(yīng)該大于6，在次選主動(dòng)錐齒輪為9，因?yàn)閭鲃?dòng)比是4.99，所以從動(dòng)錐齒輪為46。所以=9，=46。3.2.2小大錐齒輪齒面寬、本文中取節(jié)錐齒輪的0.3倍為從動(dòng)錐齒輪齒面寬，=48，這也符合要求，同時(shí)對(duì)于弧齒錐齒輪，的110%為，所以。3.2.3錐齒輪基本的數(shù)據(jù)小齒輪齒數(shù)Z19大齒輪齒數(shù)Z246小齒輪齒面寬b152.8大齒輪齒面寬b248大齒輪分度圓直徑D2310大齒輪節(jié)錐距A0159.34大齒輪齒頂高h(yuǎn)21.868大齒輪齒根高h(yuǎn)210.481徑向間隙C1.364大齒輪齒全高h(yuǎn)12.349大齒輪齒工作高.hg10.985大齒輪外圓直徑d02310.854小齒輪的外圓直徑d0191.671圖3-1主動(dòng)錐齒輪圖3-3行星齒輪圖3-4半軸齒輪3.3器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算3.3.1單位齒長(zhǎng)圓周力通常來(lái)說(shuō)可以用尺長(zhǎng)圓周力來(lái)計(jì)算齒輪的耐磨性，即(3-11)(3-12)當(dāng)貨車(chē)低速行駛時(shí)，當(dāng)貨車(chē)掛直接換擋變速器時(shí)，直接檔：直接換擋變速器（DirectShiftGearbox）也稱(chēng)為S-Tronic變速器或者雙離合變速器（Double-clutchGearbox），它特殊的地方在于它比別的變速器換擋更快，傳遞的扭矩更大而且效率更高。按驅(qū)動(dòng)輪打滑的轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)：3.3.2齒根彎曲強(qiáng)度的計(jì)算錐齒輪齒根彎曲應(yīng)力：齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，J(小齒輪)=0.3，J(大齒輪)=0.252。對(duì)于從動(dòng)齒輪，當(dāng)時(shí)，。3.3.3輪齒的接觸強(qiáng)度錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為由以上結(jié)果得出，主從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的。對(duì)于主動(dòng)齒輪，當(dāng)，。以上數(shù)據(jù)基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)任務(wù)結(jié)束。3.4材料的選擇驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作過(guò)程是非常惡劣的，因此錐齒輪材料應(yīng)采用耐磨性高、有韌性、熱處理后變形不大的材料。3.5主減速器的三維模型圖圖3-54一對(duì)嚙合齒輪應(yīng)力分析4.1定義單元類(lèi)型步驟：選擇主菜單，點(diǎn)擊前處理器，定義單元類(lèi)型，增加或者編輯。4.2設(shè)定材料的類(lèi)型有限元分析中所有分析都必須知道材料屬性。步驟：選擇主菜單，點(diǎn)擊前處理器，選擇所要分析的材料屬性，材料模型。圖4-1定義材料屬性4.3在有限元中構(gòu)建模型有限元構(gòu)建模型的兩種方法。1)可以直接導(dǎo)入現(xiàn)有的實(shí)體模型。2)可直接在軟件中生成。4.3.1將建立的模型導(dǎo)入這里是將建立的實(shí)體模型導(dǎo)入到有限元軟件中，如下圖4-2所示。圖4-2主從動(dòng)齒輪嚙合實(shí)體模型4.3.2對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分步驟：點(diǎn)擊/預(yù)處理/嚙合/meshtool/，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇智能尺寸6級(jí)精度如圖4-3meshtool，點(diǎn)擊嚙合，選擇要分割的兩個(gè)齒輪。圖4-3劃分網(wǎng)格4.4施加載荷有限元對(duì)載荷的限定有約束,支撐等。這里為集中力約束。圖4-4施加載荷4.4.1選擇求解方法步驟：點(diǎn)擊主菜單，解決方案，分析類(lèi)型，解決方案控件，彈出解決方案控件對(duì)話(huà)框。4.4.2求解從菜單中選擇求解器后，開(kāi)始求解，步驟：主菜單，求解，求解，當(dāng)前LS。圖4-5求解4.5計(jì)算結(jié)果圖4-6應(yīng)力云圖與應(yīng)變圖結(jié)論5結(jié)論畢業(yè)論文到此已經(jīng)基本結(jié)束，本次論文主要圍繞主減速器的一對(duì)嚙合齒輪來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)并通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得出相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)建模軟件建模，最后通過(guò)有限元分析軟件得出結(jié)果。在此次寫(xiě)作中，使我對(duì)有限元分析軟件有了更深刻的了解，讓我受益匪淺。本次畢業(yè)論文的寫(xiě)作，使我受益匪淺。在論文的寫(xiě)作過(guò)程中，雖然也有很多不懂的地方的，但通過(guò)老師的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，并最后圓滿(mǎn)的完成論文。參考文獻(xiàn)[1]何偉.某輕型載貨汽車(chē)主減速器器齒輪疲勞壽命仿真與試驗(yàn)研究[D].吉林大學(xué),2016.[2]朱財(cái)龍.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋主減速器齒輪疲勞壽命研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2010.[3]AKahaman.EffectofAxialVibrationsontheDynamicsofaHelicalGearPair[J].JournalofVibrationandAcoustics,1993,115(1):33-39.[4]MBuechter,CGKlein,CKloeters,etal.DiagnosticDilemmainaPatientwithJaundice:toDifferentiatebetweenAutoimmunePancreatitis,PrimarySclerosingCholangitisandPancreasCarcinoma[J].Casereportsingastroenterology,2012,6(1):206-211.[5]MKang,KahamanA.AnExperimentalandTheoreticalStudyofQuasi-StaticBehaviorofHelicalGearSets[J].JournalofMechanicalDesign,2020,143(4):1-25.[6]HVinayak,RSingh.DynamicanalysisofFlexibleGearsforHighPowerDensityTransmissions[J].Proc.InterGerng94,1994:105-110.[7]HHoujoh,KUmezawa,SMatsumura.VibrationAnalysisofaPairofHelicalGearsMountedonElasticShatfs[J]ASMEPowerTransmissionandGearingConference,1996(88):501-508.[8]KMorikawa,KKumagai,MKomori,etal.TransmissionErrorPredictionMethodofPlanetaryGearsTakingAccountofAlignmentError[J].Jamdsm,2012,6(4):513-525.[9]GuilbaultR,SébastienLalonde,ThomasM.Nonlineardampingcalculationincylindricalgeardynamicmodeling[J].JournalofSound&Vibration,2012,331(9):2110-2128.[10]DMohammed,MRantatalo,Jan-OlovAidanp??.Dynamicmodellingofaone-stagespurgearsystemandvibration-basedtoothcrackdetectionanalysis[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,2015(54-55):293-305.[11]MMohammadpour,STheodossiades,HRahnejat,PKelly.Transmissionefficiencyandnoise,vibrationandharshnessrefinementofdifferentialhypoidgearpairs[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartK:JournalofMulti-bodyDynamics,2014(1):228-237.[12]IKaragiannis,TheodossiadesS,RahnejatH.Onthedynamicsoflubricatedhypoidgears[J].Mechanism&MachineTheory,2012,48(none):94-120.[13]劉春喜.汽車(chē)主減速器低噪聲雙曲面齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué),2006.[14]WangSF,KUmezawa,HHoujoh,SMatsumura.AAnalyticalInvestigationoftheDynamicBehaviorofaHelicalGearsystem[J].ASMEPowerTransmissionandGearingConference,1996(88)176.[15]沈允文,李樹(shù)庭,藺天存.齒輪系統(tǒng)減振設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)靈敏度分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1996,32(5):13-18.[16]李樹(shù)庭,沈允文,藺天存.航空齒輪的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[J].航空學(xué)報(bào),1994,15(8):937-941.[17]崔博文,沈允文,劉更,段曉革.航空齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)(西安),1997,16(2)271-274.[18]沈允文.齒輪系統(tǒng)減振設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)靈敏度分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1996,32(5):13-18.[19]孫智民,沈允文.星型齒輪傳動(dòng)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)建模與動(dòng)載荷研究[D].航空動(dòng)力學(xué)報(bào),2001,16(4):402-407.[20]孫智民,沈允文.星形齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)分岔與混沌的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2001,37(12):11-15.[21]孫智民,沈允文.封閉行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2002,38(2):44-52.[22]王立華,李潤(rùn)方,林騰蛟,楊成云.齒輪系統(tǒng)時(shí)變剛度和間隙非線(xiàn)性振動(dòng)特性研究[J].中國(guó)機(jī)械工程(13):69-72.[23]王立華,李潤(rùn)方林騰蛟,黃亞宇.弧齒錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的耦合振動(dòng)分析[J].中國(guó)機(jī)械工程,2006(14):1431-1434.[24]劉文,林騰蛟,李潤(rùn)方,廖勇軍.沖擊譜激勵(lì)下齒輪系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2010(01):7-11.[25]李潤(rùn)方,王建軍.齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].科學(xué)出版社,1997.[26]李潤(rùn)方.齒輪傳遞的剛度分析和修形方法[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1998.[27]王建軍,李潤(rùn)方.齒輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子耦合型振動(dòng)[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)(西安)1996,15(2):231-233.[28]LiangXH,ZuoMJ,HoseiniMR.Vibrationsignalmodelingofaplanetarygearsetforcrackdetection[J].EngineeringFailureAnalysis,2015(48):185-200.[29]LiangXH,Ming,etal.Analyticallyevaluatingtheinfluenceofcrackonthemeshstiffnessofaplanetarygearset[J].MechanismandMachineTheory,2014,76(1):20-38.[30]崔亞輝,劉占生,葉