四圓弧齒輪三維實(shí)體設(shè)計(jì)與有限元分析專(zhuān)用軟件的開(kāi)發(fā).pdf

1、四圓弧齒輪(輪齒齒廓由四個(gè)圓弧組成)是一種最新發(fā)明的新型齒輪，在齒面接觸強(qiáng)度和輪齒彎曲強(qiáng)度方面，都比漸開(kāi)線齒輪和雙圓弧齒輪高。傳統(tǒng)的圓弧齒輪設(shè)計(jì)方案采用手工設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、效率低。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，CAD建模困難，CAE原理深?yuàn)W，工程技術(shù)人員不易理解接受，不利于推廣這種性能優(yōu)異的齒輪。所以必須設(shè)計(jì)專(zhuān)用軟件以實(shí)現(xiàn)幾何設(shè)計(jì)和力學(xué)計(jì)算的自動(dòng)化。本文正是針對(duì)此目的開(kāi)發(fā)了“傻瓜式”的圓弧齒輪專(zhuān)用軟件Arc-Gear，將圓弧齒輪三維建模與有限元分析

2、集成為一體，使工程技術(shù)人員面對(duì)的只有齒輪模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角等這些熟悉的齒輪基本參數(shù)。
　　 Arc-Gear軟件是一款基于OpenGL圖形內(nèi)核的，集幾何設(shè)計(jì)和有限元力學(xué)計(jì)算于一體的專(zhuān)業(yè)圓弧齒輪軟件。Arc-Gear軟件的開(kāi)發(fā)分為圓弧齒輪三維實(shí)體建模，有限元前處理，有限元計(jì)算，有限元后處理和人機(jī)交互界面制作五部分。有限元前處理包括圓弧齒輪建模，齒輪有限元網(wǎng)格劃分，齒輪材料的選擇、約束及齒輪載荷的確定，其中，圓弧齒輪建模包括端面齒廓

3、建模、齒面螺旋面建模；有限元計(jì)算包括四面體單元的單元?jiǎng)偠扔?jì)算，總體剛度的合成；有限元后處理包括節(jié)點(diǎn)位移，單元應(yīng)力和主應(yīng)力的計(jì)算及生成應(yīng)力云圖；人機(jī)交互界面制作則包括圓弧齒輪CAD主界面，齒輪有限元分析主界面的制作。
　　 為應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的軟件，首先實(shí)現(xiàn)對(duì)四圓弧齒輪的參數(shù)化建模，為有限元分析齒輪提供了精確的模型，然后對(duì)四圓弧齒輪三維實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，針對(duì)四面體單元建立單元?jiǎng)偠染仃嚭颓蠼夤?jié)點(diǎn)位移與單元應(yīng)力等問(wèn)題，進(jìn)行了具體的分析和

4、論述。為了提高計(jì)算結(jié)果的可視性，開(kāi)發(fā)了有限元后處理程序，將抽象的數(shù)據(jù)表格轉(zhuǎn)化為生動(dòng)直觀的應(yīng)力云圖。開(kāi)發(fā)出真正適合工程技術(shù)人員使用的人機(jī)交互界面，進(jìn)行四圓弧齒輪的自動(dòng)化設(shè)計(jì)、分析；最后，為驗(yàn)證Arc-Gear軟件的有限元分析計(jì)算精度，選擇了一典型實(shí)例，并將其計(jì)算結(jié)果與Solidworks有限元模塊Simulation的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，考察兩者之間的吻合程度。比較結(jié)果表明，Arc-Gear軟件的有限元分析精度與Simulation的計(jì)算結(jié)