主减速器建模及从动齿轮的静力分析

沈阳理工大学课程设计论文1课程设计任务书学院汽车与交通学院专业车辆工程学生姓名XXX学号0802020XXX设计题目：桑塔纳主减速器建模及从动齿轮的静力分析设计内容：1、使用CATIA建立主减速器齿轮系统主要零部件的三维实体模型并装配。2、将从动齿轮的实体模型导入到ANSYS中，进行划分网格、添加材料属性等前处理。3、确定静态分析的工况，添加约束和载荷条件，完成从动齿轮的静力分析。技术要求：1、实体建模结构尺寸和形式正确。并能进行运动模拟2、设计说明书。其中包括：（1）写出实体建模步骤。（2）写出模型导入导出过程。（3）写出对模型静力分析的过程。（4）结论（结果分析及问题讨论）。（5）参考文献3、提交CATIA和有限元分析的模型文件及相关文件的电子文档。进度安排：1、理解题目要求，查阅资料，学习软件，确定设计方案1天2、实体建模4天3、有限元分析3天4、说明书撰写1天5、答辩1天指导教师（签字）：年月日专业负责人（签字）：年月日沈阳理工大学课程设计论文2目录1.绪论······························································31.1研究内容························································31.2所用软件的介绍··················································32.驱动桥从动齿轮的三维Catia建模································42.1catia宏的应用（齿轮设计）·······································42.2从动齿轮中间部位设计············································62.3总装配图·······················································93.从动齿轮的ANSYS有限元分析···································103.1导入ansys·····················································103.2网格划分及添加约束、载荷·······································123.3结果分析·······················································18参考文献···························································18沈阳理工大学课程设计论文31绪论1.1研究内容某主动齿轮的有限元分析或模态分析，用catia软件进行对主减速器壳体以及主动锥齿轮的三维实体建模，然后生成的实体导入有限元分析软件Ansys中进行主动齿轮的静力分析。1.2所用软件的介绍（1）catia软件CATIA是法国达索飞机公司开发的高档CAD/CAM软件。目前在中国由IBM公司代理销售。CATIA软件以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。CATIA的曲面造型功能体现在它提供了极丰富的造型工具来支持用户的造型需求。比如其特有的高次Bezier曲线曲面功能，次数能达到15，能满足特殊行业对曲面光滑性的苛刻要求。而我们现在所用到的CATIA的功能是三维实体建模！（2）Ansys软件ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。沈阳理工大学课程设计论文42驱动桥从动齿轮的三维Catia建模打开CATIA软件，点击”File(文件)“下拉菜单，在其中选择”New…(新建)”命令，选择“Part（零件）”选项，进入零件设计模块。2.1Catia宏的应用（齿轮设计）随着机械设计的不断发展，三维辅助设计软件在产品设计和加工中成为不可缺少的重要工具。由于CATIA具有超强的自由曲面功能、逆向工程的功能及全面的组合分析功能，因此在世界范围内的航空航天及汽车工业中得到了广泛的应用。在飞机设计过程中，飞机的外形建模过程往往是先从外部读入外形数据，然后在CATIA中对这些数据进行处理。宏是一系列组合在一起的命令和指令，以实现多任务执行的自动化。宏可以用下列几种脚本语言编写，这取决于操作系统：☆Basicscript2.2sdk，用于Unix；☆Vbscript，VisualBasic的脚本语言，用于WindowsNT系统；☆Jscript，Javascript的一种应用，用于WindowsNT系统。1.创建宏宏可用于各种软件，其在各软件中的创建和运行基本相似，这里着重介绍宏在CATIA中的创建和运行过程。创建过程是：首先打开CATIA，新建一个文件，然后进入菜单Tools，打开子菜单Macro下的Macros(或用Alt+F8命令)，此时打开一个窗口。在MacroName下的输入框中命名一个宏的名字，如Macro1。然后按Creat按钮，此时打开MacroEditor窗口。在此窗口的文本框内输入宏的代码，保存后，该宏就创建完成了。2．运行宏首先选择宏，因为宏可保存于内部文件，也可保存于外部文件，所以首先在宏窗口的左下角的下拉框中选择是内部文件还是外部文件。如果是内部文件，则在宏窗口的文本框中会显示已创建的一系列宏，选择需要的宏，按下Run按钮，宏结果就可显示于窗口内。如果是外部文件，则选择宏窗口左侧的Select按钮，选沈阳理工大学课程设计论文5择宏所在的文件目录，按下Run按钮，同样，宏结果也显示于窗口内。3.利用宏输入数据宏在CATIA中的应用非常广泛，它与CATIA的内核及内部函数的调用集成得很好。例如，在一个部件上打一系列的孔，从装配件上提取材料清单等等。在实际工作中，存于Excel文件中，利用宏来读取Excel文件中的数据。如果数据以其他文件格式保存，如dat文件格式，可转换为Excel文件格式，或者直接更改代码，从其他文件中直接读取，如图2.1和2.2所示。图2.1宏界面图2.2宏运行界面输入参数如下所示：齿数60；大端模数4；压力角20锥角45；齿宽18；齿柸厚30；凹槽深6。沈阳理工大学课程设计论文6点击创建，生成齿轮，如图2.3。图2.3锥齿轮成型图2.2从动齿轮中间部位设计1.利用草图和凹槽工具在齿盘上抠一个半径是70的圆孔如图所示。图2.4草图界面沈阳理工大学课程设计论文7图2.5抠圆孔界面图2.6抠孔后效果图2.用同样的方法在离圆心90毫米处再打一个半径为5毫米的孔，如下图。沈阳理工大学课程设计论文8图2.7抠孔后效果图3.对半径为5毫米的圆孔进行环形阵列，如图所示。图2.8阵列界面沈阳理工大学课程设计论文9图2.9阵列后画面2.3总装配图2.10总装配图沈阳理工大学课程设计论文103.从动齿轮的ANSYS有限元分析3.1导入ANSYS（1）将之前做好的零件保存为.model格式。（2）打开ANSYS软件，点击FileImportCATIA，导入零件。（3）依次选择PlotVolumes，PlotCtrlsBestQualityImageResettoGlobals，Replot。显示为实体。如图3.1和图3.2所示。图3.1导入Ansys后效果图图3.2导入后恢复为实体图沈阳理工大学课程设计论文113.2网格划分及添加约束、载荷（1）定义材料属性。定义网格类型为Solid45，弹性模量E=2.1e11。（2）泊松比μ=0.3,密度p=7.8e-6选择自由网格划分，对实体进行网格划分，如图3.3。（3）选择从动传动齿轮的齿面和8个半径为5毫米的孔的孔面，加载全约束，完成分析前的工作，如图3.4和图3.5所示。图3.3输入数据界面图3.4完成网格划分效果沈阳理工大学课程设计论文12图3.5完成施加约束和添加均布载荷（4）添加完P=10520N后运行结果如下图为应变分析，显示结果如图。图3.6分析结果沈阳理工大学课程设计论文13图3.7应变显示图图3.8X轴方向应变分析沈阳理工大学课程设计论文14图3.9Y轴方向应变分析图3.10Z轴方向应变分析沈阳理工大学课程设计论文15图3.11应力X轴方向分析图3.11应力Y轴方向分析沈阳理工大学课程设计论文16图3.12应力Z轴方向分析3.3结果分析由运算结果可得，当在啮合齿上面加上均布载荷时：（1）在X方向上，最大应变为0.262e-5,最大应力为35914，最小应力为-13827。（2）在Y方向上，最大应变为0.262e-5,最大应力为16188，最小应力为-18979。（3）在Z方向上，最大应变为0.262e-5，最大应力为11862，最小应力为-37723。沈阳理工大学课程设计论文17参考文献[1]孙治礼,冷兴聚,魏延刚,等。机械设计[M]..沈阳:东北大学出版社,2000.9.107-112。[2]丁仁亮.CATIAV5基础教程[M].北京,机械工业出版社,2006.10。[3]张乐乐黄树强谭南林ANSYS辅助分析应用基础清华大学出版社2007。----------------------------------------------------------------------------------------------------------***CATIA-TO-ANSYSGEOMETRYNEUTRALFILE***Version:10.0File:banzhou.anfModel:banzhouUnit:1.000000*mmScale:1.000000*****ROUTINECOMPLETED*****CP=1.953***NOTE***CP=1.953TIME=13:51:01Atotalof1warningsanderrorswrittentoC:\DocumentsandSettings\Administrator\file.err.*****INPUTDATAFILECONVERSIONUTILITY(AUX15)*****沈阳理工大学课程设计论文18IGESISAVAILABLEINTHISUTILITY.NOTE-DEFAULTINPUTFILENAMEISfile.cad.ENTERFINISHTOEXITAUX15.***NOTE***CP=1.953TIME=13:51:01Thewireframedisplayoptiondoesnotdetectcrossinglines.Thecreationofentitieswithcrossinglineswillnotgenerateanerrormessageuntiltheareaisusedinavolumecommand,summed,orplottedwith/FACET,[FINE,NORM,COAR].WIREFRAMEONSOLIDAREAS/OUTPUTFILE=banzhou.anf.ans_log*****R