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毕业设计(论文)齿轮参数化设计及弯曲强度有限元分析系别：机械与电子工程系专业（班级）：机械设计制造及其自动化08级3班作者（学号）：指导教师：完成日期：目录中文摘要……………………………………………………………………………………1英文摘要……………………………………………………………………………………21概述………………………………………………………………………………………31.1齿轮参数化设计…………………………………………………………………………31.2齿轮弯曲强度有限元分析………………………………………………………………32齿轮参数化设计…………………………………………………………………………52.1开发工具概述……………………………………………………………………………52.2齿轮的设计过程…………………………………………………………………………52.3齿轮计算机辅助设计的实现……………………………………………………………62.4参数化建模的方式………………………………………………………………………62.4.1基于模板的设计方法……………………………………………………………………72.4.2基于程序的设计方法……………………………………………………………………72.4.3基于表格的设计方法……………………………………………………………………72.5齿轮参数化建模…………………………………………………………………………82.5.1建模过程………………………………………………………………………………82.5.2建立族表………………………………………………………………………………203有限元分析………………………………………………………………………………213.1简介………………………………………………………………………………………213.1.1ANSYS软件概述………………………………………………………………………213.1.2齿轮有限元分析思路…………………………………………………………………223.2导入齿轮模型………………………………………………………………………223.2.1齿轮模型的导入的方法………………………………………………………………223.2.2设置PRO/E4.0与ANSYS10.0之间的接口……………………………………………233.3有限元网格划分………………………………………………………………………243.3.1定义材料属性、单元类型………………………………………………………………253.3.2网格划分方法…………………………………………………………………………253.3.3网格密度的控制………………………………………………………………………283.4添加约束条件……………………………………………………………………………293.5施加载荷………………………………………………………………………………293.6求解与结果分析…………………………………………………………………………303.6.1求解……………………………………………………………………………………303.6.2结果查看………………………………………………………………………………32结论…………………………………………………………………………………………34谢辞…………………………………………………………………………………………35参考文献……………………………………………………………………………………36-1-齿轮参数化设计及弯曲强度有限元分析摘要：齿轮传动作为工程中最为常见的传动形式，其强度设计和强度校核十分必要和重要。但由于影响齿轮强度的因素众多，齿轮强度计算衍变为一个涉及多学科的复杂工程问题。参数化设计对于形状大致相似的一系列零部件，只需修改相关参数，便可生成新的零部件，从而大大提高设计效率。在Pro/E中，通过参数化建模的方法，生成齿轮的完整渐开线齿廓，采用特征操作方法生成了渐开线齿轮的三维实体模型。然后建立Pro/E与ANSYS10.0的接口，将模型导入。在ANSYS软件中实现了渐开线齿轮“网格剖分、载荷施加、求解计算”的全过程参数化，实现了CAD与CAE的一体化，极大地提高了工程设计效率。ANSYS设计数据接口程序提供完全与设计数据相关联的分析方案，并能通过良好的用户界面完成分析。利用ANSYS的数据接口，可精确的将在CAD系统下生成的几何数据传入ANSYS，而后准确地在该模型上划分网格并求解。关键词：齿轮设计;参数化建模;有限元分析-2-GearparametricdesignandfiniteelementanalysisforbendingstrengthAbstract：Geartransmissionasthemostcommonformoftransmissionintheworks,thestrengthofdesignandstrengthcheckofaverynecessaryandimportant.However,duetomanyfactorsaffectingthegearstrength,gearstrengthcalculationEvolutionisacomplexengineeringproblemsinvolvingmulti-disciplinary.Parametricdesignfortheshapeisroughlysimilarrangeofcomponents,onlyamodificationoftherelevantparameters,cangeneratenewparts,thusgreatlyimprovingthedesignefficiency.BythemethodofparametricmodelinginPro/E,generatetheintegrityofthegearinvolutetoothprofile,theuseofcharacteristicmethodsofoperationtogeneratea3Dsolidmodelofinvolutegear.ThencreateaPro/EandANSYS10.0interface,importthemodel.InvolutehelicalgearsmeshinginANSYS,loadisappliedtosolvecalculationofthewholeprocessparameterstoachievetheintegrationofCADandCAE,whichgreatlyimprovesengineeringdesignefficiency.ANSYSdesigndatainterfaceprovidesafullyassociatedwiththedesigndataanalysisprogram,andthroughagooduserinterfacetocompletetheanalysis.UsingANSYSdatainterface,canbeaccuratelygeneratedintheCADsystemgeometricdataintoANSYS,thenaccuratelyonthemodelmeshingandsolving.Keywords：Geardesign；parametrizationmodelling;finiteelementanalysis-3-齿轮参数化设计及弯曲强度有限元分析1概述1.1齿轮参数化设计齿轮是一种通用的传动机构，有特殊的设计和加工技术，其加工精度对传动精度、机械的稳定性等有重要影响，因此实现齿轮的精确建模是后续研究的重要保证。在Pro/E中，通过参数化建模的方法，生成齿轮的完整渐开线齿廓，采用特征操作方法生成了渐开线齿轮的三维实体模型。齿轮传动是机械设备中应用最广泛的动力和运动传递装置,广泛应用于航空、汽车、机床和自动化生产线等各种通用机械中。齿轮啮合的力学行为和工作性能对整个机器有重要影响。随着机械行业的不断发展，各种精密机床不断被研发，对齿轮的成形精度有了越来越高的要求。为了精确模拟齿轮的实际成形过程，就要求对齿轮进行精确的三维建模。目前国内使用的三维CAD软件种类很多,高端的有Pro/E、CATIA、I-DEAS、UG等,中、低端的有SolidEdge、Pro/E、国产CAXA等。本文主要阐述基于Pro/E的齿轮参数化设计及有限元分析。Pro/E是一个优秀的机械CAD/CAE/CAM一体化高端软件,它基于完全的三维实体复合造型、特征建模技术,能设计出任意复杂的产品模型。再加上技术上处于领先地位的CAM模块、内嵌的CAE模块,使CAD、CAE和CAM有机集成,可以使产品的设计、分析和制造一次完成。使我们能够数字化地创建和获取三维产品定义。我们可以通过修改零件的特定参数和属性,然后根据相关联的尺寸表达式的作用而引起整个模型的变化,从而可得到所需零件。在参数化设计过程中,主要有两种参数即自变参数和因变参数。因变参数是由自变参数通过特定的表达式来决定的,而自变参数的确定则是工程中所规定的零件的参数。比如齿轮,工程上所定义的自变参数有齿数、压力角、螺旋角、模数和齿宽等,因变参数有基圆、分度圆、齿顶圆、齿根圆等。用户只须输入以上齿轮自变参数,便可得到所需齿轮,从而快速完成齿轮的建模。1.2齿轮弯曲强度有限元分析实际工程中有大量的问题，如力场等是呈匀态连续变化的。利用有限元分析法可以将研究对象离散成有限多个单元体，通过分析得到一组代数方法，进而求得近似解。由于单元可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以有限元分析法能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件。-4-有限元分析总体上可分成三个部分：前处理部分，分析计算部分以及后处理部分。前处理部分主要是生成有限元模型，对几何模型进行网格划分，得到有限元模型的相关数据：分析计算部分根据有限元模型的数据文件进行有限元分析：后处理部分是有限元计算后输出结果的加工阶段，主要包括数据输出和图形显示。由于后两个阶段采用批处理方式和单纯的输出显示，所以人工干预不多，相比之下最繁重的工作还在于前处理阶段，即确定特定分析对象的关系和建立模型，包括节点数、节点编码，因此将重点工作放在前处理过程中。通过Pro/E工具对当前齿轮有限元分析方法进行适当补充，以提高其分析精度和有效性，从而引伸到其他机械零件的有限元分析工作中，即利用三维设计软件进行精确的三维造型，并通过标准数据接口或数据接口转入分析系统，将模型以Pro/E、STEP、DXF或IGES格式读入有限元分析软件ANSYS10.0中，然后用有限元分析软件进行精确计算。-5-2齿轮参数化设计2.1开发工具概述PRO/E是美国PTC公司的标志性软件。自1988年问世伊始，即引起CAD/CAM即的极大震动，10年间已成为全世界及中国地区最普及的3DCAD/CAM软件。它提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据在利用等概念改变了MDA(MechanicalDesignAutomation)的传统观念，这种全新概念己成为当今世界MDA领域的新标准。PRO/ENGINEER广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽机车、自行车、航天、家电、玩具等各行业，可谓是个全方位的3D产品开发软件，其新版本WILDFIRE2.0更是集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、板金件设计、铸造设计、造型设计、逆向工程、自动量测、机构仿真、应力分析、产品数据库管理等功能于一体，功能强大，范围广泛。齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构。Pro/E作为机械行业设计的三维CAD软件，它提供了强大的参数化、基于特征的实体造型技术，在机械设计，模型设计行业被广泛使用。能与ANSYS、ADAMS等多种软件良好结合进行建模和仿真。由于在Pro/E中实体模型可以有多种不同的生成方法，采取何种方法更为合理、高效，需要有一个经验积累过程。一般来说，