風力發電機組齒輪箱的設計與分析摘要隨著不可再生能源的減少和生態環境的不斷惡化，利用新能源的發電技術越來越被各國重視，并在全球范圍內取得了非常大的進步。風能是一種可再生能源并且不會對生態環境造成污染，具有無可比擬的優點。所以世界各國也越來越重視風力發電技術。風力發電過程是機械能轉換為電能的過程，在風力的作用下，葉片轉動，轉速再經過增速齒輪箱得到放大并推動發電機發電。由此可見風電增速齒輪箱是風力發電機的關鍵部件.本課題主要是基于Pro/ENGINEER軟件和ANSYS有限元分析軟件對系統進行設計與分析。首先，根據工況設計傳動系統各零部件的參數，采用Pro/E按照設計數據繪制各零件圖，然后在pro/E軟件的裝配界面將各零件裝配起來。使用Pro/E軟件建模的時候，需要完全按照設計參數繪制。同時這樣也可以大大提高效率。零部件繪制完成之后，將重要的零件導入ANSYS軟件中進行模態分析，分析他們的頻率特性并查看其振型。經過頻率特性分析，確定lWiththereductionofnon-renewableenergyresourcesanddeteriorationofgenerationtechnology.Windpowergenerationistheprocessofconvertingactionofwind,speedafterthegearbox,thenisamplifiedanddrivethegenThereforethewindpowergearboxisthekeycomponentsofthewindturbine.First,accordingtotheparametersoftheworkingcondition,designallpartsofgreatlyimprovetheefficiency.Aftefrequencyanalysisandviewitsvibrationmode.AftertheanalysisoffrequencyKeywords:Windpower;Gearbox;Parametricmodeling;Pro/ENGINEER;華北電力大學本科畢業設計(論文) I 11.1課題背景 11.2國內外的發展 11.3畢業設計的主要內容 21.4本章小結 22齒輪箱的設計 42.1增速齒輪箱方案設計 42.2齒輪參數的確定 52.2.1圓柱齒輪參數 52.2.2行星輪系的齒輪參數 6 7 7 9 92.5低速軸的設計 92.6中間軸的設計 2.7箱體的設計 3基于Pro/E的參數化建模 3.1Pro/Engineer軟件簡介 3.2參數化建模介紹 3.3行星傳動齒輪的建模 3.4斜齒輪的建模 3.5軸類零件的建模 273.6生成裝配圖 3.7本章小結 4基于ANSYS的軸類零件有限元分析 華北電力大學本科畢業設計(論文) 294.4本章小結 5總結 致謝 1風能是一種清潔的可再生能源川，其總量要比固體一種永不枯竭的能源。有人估計過，地球上可用來發電的風力資源約有100億千瓦，幾乎是現在全世界水力發電量的10倍。目前全世界每年燃燒煤所獲得的能量，只有風力在一年內所提供能量的三分之一，由能源所引發的環境問題和人民生活水平不斷提高所引起的對電力的需求，可以通過大力發展風力發電來解決。因此風力發電的開發和利用已經為世界各個國家所重視，并成為了電力系統構成中一個重要組成部分，對風力發電技術及風力發電機的研究亦有著重要的現實意義。由于風能是一種可再生的清潔能源，因此被稱為藍天白煤。據估計，地球上每年由太陽能轉化來的風能大概有兩百多萬億千瓦就目前來看，我國的風力發電還是初級水平，風力發電量占全國發電總量很少，僅百分之一左右。但是我國的風力資源是很豐富的。我國實際可開發利用的陸地風能儲存量約為2.5億KW,近海可開發利用的風力儲存量為7.5億KW,這說明我國在風力發電領域內擁有很大的潛力。但是另一方面，由于我國幅員遼闊，氣候、地理差異較大，所以我多對風機的需求也多樣化，現在國產的600KW機組和750KW機組已經難以滿足日前的風電市場。風電強國如丹麥、美國等的風電技術領先我國很多，我們需要認真借鑒他們的經驗，總結基礎數據和經驗，加強對總體設計以及核心設計制造技術的研究。加大對風力發電增速齒輪箱動態設計研究的力度，可以提高我國齒輪箱自主開發的水平，減小與國外風電技術的差距，提高國內風電技術的自主創新能力，降低對進口的需求，從而使我國風電機組的國產化水平得到提高。加快開發風力資源，可以緩解中國正在面臨的能源問題，減少環境污染，同時可以增加就業機會，實現經濟、社會的可持續發展。伴隨著風電產業的迅速發展，風電裝備制造業在全球范圍內也日趨繁榮，作為風電機組中的一個重要部件，風電齒輪箱自然受到國內外風電相關行業和研究人員的關注。風機增速齒輪箱的主要作用是把風輪的動力傳遞給發電機，是發電機得到合適的轉速從而發電，它是風力發電機組中的一個很重要的機械傳動裝置，直接影響風力發電的整個過程。近年來國內外都把對它的研究作為風力發電技術研究的一個核心，并致力于對高效、大功率以及高安全性增速齒輪箱的研究。風力發電機組一般都是安裝在荒野、海灘、高山等地方，這些地方風力很大，會給風機帶來強大而且無規律的沖擊。此外風機還要常年承受酷熱和極端溫差。多以相比于一般的機械產品，我們對風機的質量提出了更高的要求。我國對姍級以上的大型風電齒輪箱設計和制造技術幾乎出于空白。而且隨著運行時間的積累，發現在風力發電機的液壓、監控、機械傳動等幾大系統中，傳動系統中齒輪箱最易出現故障，因此設計出可靠性高的齒輪箱是發展我過風電事業的重點之一。1.2國內外的發展2世界上第一臺用于發電的風力機1891年在丹麥建成，但由于各種原因未能成為電網中的電源。直到1973年發生石油危機，美國、西歐等國家為尋求替代化石燃料的能源，投人大量經費，研制現代風力發電機組，開創了風能利用的新時代。目前，世界各國都競相發展風電事業，利用風能的步伐不斷加快，風電規模逐步擴大，風力發電由小到大、山口、蒂哈查皮(Tehachapi)山和圣戈爾戈尼奧(sanGorgoniv)山口。1992年新增裝機容量很小，原因是淘汰了80年代中期安裝的風力發電機，這些風力機容量小、效率低。1992年丹麥的風電已經占其總發電量的百分之3。加拿大、日本、澳大利亞和以色列也十分重視風力發電。加拿大對垂直軸達里厄(Darrieus)型風輪機感趣已有多年，已制成4MW裝機數據顯示，全球風電產業2011年新增風電裝機容量達四萬一千兆瓦。這一新增容量次風能資源普查結果，全國陸地風能離地面10m高度的經濟可開發量達2.53億kW,近海資源估計是陸上資源的3倍，10m高經濟可開發量約7.5億kW,全國陸地、海上風能離地面10m高度的經濟可開發量總共約10億kWl?I。近年來，我國風電產業發展勢頭強勁，近年累計及新增裝機容量。2009年中國新增風電裝機容量為1380.3萬kW,超越美國成為全球新增風電裝機容量最多的國家。2009年中國是全球累計風電裝機容量僅次于美國的國家，累計風電裝機2580.5萬kW;2010年，全球每新安裝3臺機組，就有1臺在中國，當年新增風電裝機容量1882.8萬kW,累計風電裝機容量為4453.3萬kW,超1.3畢業設計的主要內容本文以1.5MW級風力發電機齒輪箱為對象，通過對齒輪箱的機械結構設計，計算齒輪箱中各部分零件參數，再利用三維設計軟件Pro/E進行建模，導入有限元分析軟件1)風電齒輪箱結構設計。依據其所要求的技術匹配參數，選擇適當的齒輪傳動方案，在此基礎上進行傳動比分配與各級傳動參數如模數、齒數、螺旋角等的確定，通過對運2)參數化三維造型。基于Pro/E的參數化建模功能，通過相關程序，實現齒輪箱中斜齒輪的參數化建模，完成各部分實體造型，并對其進行簡單裝3)高、中、低速軸有限元分析。首先，依據相關標準對齒輪進行應力計算；其次，利用有限元分析軟件ANSYS,對齒輪進行有限元分析，對兩者結果進行比較以驗證有限1.4本章小結3本節介紹了風力發電的重要性和它在國內外的發展現狀和趨勢，并強針對中國的現狀，大力發展風電的迫切性。另外本章還明確了課程設計的主要任務。42齒輪箱的設計兆瓦級風電齒輪箱的傳動比往往在100左右，這種齒輪箱的傳動形式一般有兩種。第一種是兩級行星齒輪傳動結合一級平行軸圓柱齒輪傳動，第二種是一級行星齒輪傳動結合兩級平行軸圓柱齒輪傳動。行星齒輪傳動和平行軸圓柱齒輪傳動比較而言，有它的優點也有自身的缺點。它的優點是：制造方便，結構簡單，體積小，重量輕，傳動效率比較高：合理發揮了內嚙合的優良特性；抽象尺寸大大縮短。它的缺點是：制造加工困所以它對潤滑和冷卻裝置也提出了很高的要求。基于行星齒輪傳動的優缺點，我們選擇平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動相結合的傳動方式，這樣就綜合了兩者的優點，獲得更根據提供的數據資料，總的傳動比較大，為99.34,出于技術和實際條件的考慮，采用一級行星齒輪傳動結合兩級平行軸圓柱齒輪傳動。行星傳動一般會采用均載機構，因為制造中難免產生誤差，是各行星輪的分布難以完全對稱，均載機構可以均衡行星輪傳遞的載荷，提高齒輪嚙合的平穩性、可靠性和承載能力。這樣在制造中也可以放寬對精度的要求，降低制造成本。本次行星傳動中，我們使用三個行星輪，選擇基本浮動構件太陽輪作為均載機構。它具有以下優點；重量小，慣性小，結構簡單，在中低速工作環輪傳動由于有多對齒輪同時參與嚙合承受載荷，要實現這一目標行星輪系的各齒輪華北電力大學本科畢業設計(論文)5(2)保證太陽輪的軸線和桿的軸線重合，即滿足同心條件Z1+Z2=Z3。(3)行星輪設計中，需要保證每個行星輪沿圓周均勻分布，目的是使每個基本構件受到的徑向力平衡。同時需要確保它們齒頂之間在連接線上有一定間隙，以免相鄰的行星輪發生碰撞。即滿足安裝條件(Z?+Z?)/K=C,C為整數。(4)保證輪系的傳動是按照給定的傳動比進行。當內齒圈不動時有Z3/Z1=i?H-1ha*----齒頂高系數。2.2齒輪參數的確定2.2.1圓柱齒輪參數1、高速軸上的齒輪設計輸入功率P3=1562.857KW,小齒輪轉速為1399.013r/min,傳動比i=3.9183,工作壽命為20年。(1)選定齒輪類型，精度等級，材料以及齒數：a.選擇斜齒圓柱齒輪。b.齒輪精度選為5級精度。c.齒輪材料選擇20CrMnMo,熱處理應為淬火。d.初選小齒輪齒數為Z7=25,大齒輪齒數Z8=98。e.初選螺旋角β=14°。(2)按齒面接觸強度設計a.確定公式內各計算數值b.計算圓周速度V=16.47m/s計算齒寬b及模數m得b=179.872m=8.73h=19.64計算縱向重合度eb=1.586計算載荷系數k=kAkVkHakHβ=1.433根據實際的載荷系數，計算分度圓的直徑為d1=264.752、中間軸上的齒輪設計輸入功率P2=1594.589KW,小齒輪的轉速為357.046r/min。傳動比i=4.5224傳遞的轉矩T1=4.265×107N·mm,使用壽命為20年。華北電力大學本科畢業設計(論文)6(1)選定齒輪類型，精度等級，材料a.選擇斜齒圓柱齒輪b.齒輪精度為5級精度c.材料選擇為20CrMnMo,熱處理應為淬火d.初選小齒輪齒數為Z5=23,大齒輪Z4=104e.初旋螺旋角β=10°(2)按齒面接觸強度設計b.計算圓周速度V=6.432m/s計算齒寬b以及模數m得b=257.22m=14.73h=33.145計算縱向重合度eb=1.0317計算載荷系數k=kAkVkHakHβ=1.4121根據實際的載荷系數得，分度圓的直徑為d1=407.628高速軸上的一對齒輪參數為：中心距Mn=10,β=14°,Z7=26,Z6=102,d7=268.12,d6=1051中心距中間軸上的一對齒輪的參數：中心距Mn=16,β=10°,Z5=25,Z4=113,d5=406.16,d4=1835.84,中心距根據行星輪系傳動需要滿足的條件，兩級定軸傳動比i定=16.2,一級行星傳動il=6.2,角標1表示低速級輸入端，B=db1/db2=1.2,每一個行星輪的傳遞功率P=1660.33KW,工作壽命為20年。1、選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數：(2)齒輪精度等級為5級精度。(3)材料選擇為20CrMnMo,熱處理為淬火。(4)初步選小齒輪齒數為Z1=22,所以Z2=36.67,取37。2、按齒面接觸強度設計華北電力大學本科畢業設計(論文)7圓周速度V=2.037m/s計算齒寬b及模數m得m=22.39,b=394.12,h=50.376計算載荷系數K=KAKVKHaKHβ=11.38537根據實際的載荷系數，分度圓的直徑為d1=264.75mm3、根據經驗選取螺旋角β=7.5°,壓力角an=22.5°,由此得at=22.675適當調整il=5.086965.08696×Za/3=39所以得到Za=23,Zb=Cnw-Za=94,Zc=0.5×(Zb-Za)=35.5采用不等角變位，取Zc=35則j=1.01724查表得到適用的嚙合角α=24.5°(2)按接觸強度初步計算a-c傳動的中心距與模數轉矩Ta=59706N·M太陽輪和行星輪材料選為20CrNiMo滲碳淬火，齒面硬度HRC58-62,選取齒寬系數φa=b/a=0.85由此得到中心距a=405.08,模數mn=14,經變為得中心距a=416(3)計算c-b傳動的中心距行星輪系的參數為模數m=20,齒數Zs=27,Zp=45,Zr=117分度圓直徑ds=540mm,dp=900mm,dr=2340mm齒寬B1=445mm,B2=435mm內齒輪精度等級為6級精度圖2.3受力分析與靜強度校核2.3.1受力分析行星輪傳動的主要受力構件有中心輪、行星輪。行星架、軸以及軸承等。為進行齒輪的強度計算，需要對行星輪以及太陽輪進行受力分析。當行星輪數目為3個，我們假定8每一套行星輪的載荷均勻，只需要分析其中一套行星輪與中心輪的組合，其他的與之相似。分析中可以忽略重力和摩擦力的影響，各構件處于平衡狀態，構件間的作用力等于反作用力。圖2-2行星輪受力分析圖行星架輸入功率、增速傳動比以及太陽輪輸入功率為分別為Tl、i、Ta,太陽輪節圓直徑為dl,由齒輪傳動受力分析知，齒輪所受切向力、徑向力、軸向力分別為：表2-1各個齒輪的受力分析結果分度圓螺旋角法面壓力角節圓直徑)力矩)切向力徑向力輸入級行星輪輸入級太陽輪9高速級大齒輪8高速級軸齒82.3.2低速級外嚙合齒面靜強度計算這里以低速級外嚙合計算為例，根據要求，按三倍額定功率來計算靜強度。各變量含義Tmax---最大轉矩，單位為N·md----齒輪分度圓直徑，單位為mmF----切向載荷，單位為N各變量含義o=ZHZEZeZβ√FKVKHβKa(u+1/ud2.4高速軸的設計功率P=1562.857KW,轉速n=1399.013r/min,A取110,由此得2軸的結構如下2.5低速軸的設計1最小直徑d=A0VP/(1-β4)n,β取0.5所以d=308.14mm根據軸承精度選擇得d=320mm2軸的結構如下圖2-4低速軸2.6中間軸的設計1最小軸徑的設計d=AVP/n所以d=181.15mm。根據調心滾子軸承選擇d=200mm。2軸的結構如下圖2-5中速軸2.7箱體的設計箱體式齒輪箱的重要零件，它承受來自風輪的作用力和齒輪傳動時產生的反作用力。箱體必須有足夠的剛性去承受力和力矩的作用，防止變形，保證傳動質量。箱體的設計應按照風力發電機組動力傳動的布局、加工和裝配、檢查以及維護等要求進行。應注意軸承支撐和機座支撐的不同方向的反力及其相對值，選取合適的支撐結構和壁厚，增設必要的加強筋。筋的位置須與引起箱體變形的作用力的方向一致。箱體的應力情況十分復雜且分布不均勻，只有采用現代計算方法，才能較為準確的計算出應力分布情況。四2.8本章小結根據技術要求，考慮平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動各自的優缺點，選取方案為一級行星傳動結合兩級平行軸齒輪傳動。根據齒輪計算，確定各級傳動的參數。經過對各級傳動受力分析，得到各級齒輪的受力結果。依據標準校核，符合安全要求。3基于Pro/E的參數化建模的Pro/ENGINEER誕生了。經過20余年的發展，Pro/ENGINEER已經成為三維建模軟件的領頭羊。PTC的一系列軟件主要涉及機械設計和工業包含很多其他方面的功能，如產品數據管理、制造、大型裝配體的管理等等。而且Pro/E所提供的產品開發環境是目前所能夠達到的最全面、集成最緊密的開發環境。1)單一數據庫的CAD/CAM系統建立在多個數據庫上，它是建立在一個統一基礎的數據庫中的。這樣的優點就是，在整個設計是相互關聯的，任何…處的變化都會引起其他環節的自動更新。和設計緊密結合在一起，使得產品設計過程趨于一體化。這可以優化設計，獲得更加高2)參數化設計和特征功能Pro/Engineer是一款基于特征的實體模型化和參數化的設計軟件，設計人員可以對己繪制草圖和改變模型，因為Pro/E具有智能特性，它能夠基于特征功能區生成模型，例如倒角、腔以及殼體等。這一特點是工程人員有了更多的靈活性，更加方便快捷。(1)草繪模塊。草繪模塊可以創建和編輯二維草圖。二維草圖在三維實體建模中占有重要地位，創建三維模型時都要使用繪制二維草繪的方法來創建剖面圖，因此，二維草繪是三維實體建模重要環節之一。(2)零件模塊。使用零件模塊來創建三維實體模型是最主要的設計工作，因為只有創建了三維實體零件模型后，才能進行組件裝配(3)裝配模塊。裝配就是將多個零件按照實際的生產流程，組裝成為一個部件或完整產品的過程。在組裝過程中，可以添加新的零件或是對已有的零件進行編輯修改。(4)曲面模塊。與實體模型相比，曲面模型是一種沒有質量和體積的特征。使用曲面模塊可創建各種類型的曲面特征，曲面模塊的創建方法和步驟與使用零件模塊創建的(5)工程圖模塊。使用零件模塊和曲面模塊創建三維模型后，接下來的工作就是在生產第一線將三維模型變為產品。這時，設計者必須將零件的二用于指導生產過程。使用工程圖模塊可以直接由三維實體模型生成二維工程圖。(6)其他模塊。包括Pro/ASSEMBLY、Pro/CABLING、Pro/CDT等。隨著計算機技術的發展，使用Pro/EWildfire4.0及其Mechanism模塊可以完成齒輪箱的虛擬裝配和運動學分析。虛擬裝配設計是在計算機上完成所設計零部件的裝配模型，將不同的零件組裝成一個裝配體，并進行零件之間的靜、動態干涉檢查，發現零部件設計上的不合理結構部分，以改進設計。Pro/EWildfire4.0的運動學分析模塊Mechanism可以進行運動學分析和仿真，這樣可以使得原來在二維圖紙上難以表達和設計的運動變得非常直觀和易于修改，并且能夠大大簡化機構的設計開發過程，縮短其開發周期，減少齒輪箱作為工程中的重要傳動部件，其設計和裝配的優劣因此在對齒輪箱進行虛擬裝配時，首先應該對減速器的結構、工作原理以及功能有詳細的了解，從而對其裝配層次、約束關系等進行分類和定義，最后通過分析、評價、規劃、用參數表達式來表示零件的尺寸關聯和屬性被稱為參數化建模，它和普通建模方式風去別在于工程技術人員可以通過添加和修改零件的特定參數，然后輸入關系式，命令語言而引起整個模型的變化，從而可得到所需零件。在生產和制造加工中，有很多零件用途廣泛但形狀復制，比如渦輪蝸桿，其齒廓齒漸開線螺旋面，不同的加工方法會造成齒根的過渡曲線存在差別。為了滿足模態分析，裝配仿真和運動分析的需要，漸開線斜齒輪的三維實體模型往往需要被精確繪制出，因為齒輪模型的精確與否會直接影響到以模數m,壓力角alpha,螺旋角beta,齒數z等需要我們手動添加，如需修改也需要手動改變，這樣的參數即為自變參數；分度圓直徑d,齒頂圓直徑da,基圓直徑db等參數我們不需要手動輸入，而是通過參數關系式去間接改變其數值，這一類參數稱為因變參數。Pro/E軟件重點強調參數化的設計理念。參數是參數化設計的關鍵所在，設計者正式通過參數去確定模型，通過改變參數取改變模型，模型是參數的形象化。關系式也是參本章依據漸開線參數方程以及螺旋線生成原理，在Pro/E中實現了斜齒輪的參數化建模，得到精確的三維模型。通過與ANSYS的接口設置，為后續的有限元分析的準確性提3.3行星傳動齒輪的建模行星傳動齒輪建模實際就是直齒輪參數化建模，本文只例舉行星輪和內齒輪的建模(1)新建文件啟動proe,單擊工具欄“新建”工具按鈕，選擇系統默認“零件”類型，子類型為實體方式，“名稱”文本框中輸入zhichilunp,同時注意不要勾選“使用缺省模板”復選項。選擇公制模板mmns-part-solid,然后單擊“確定”按鈕。(2)創建齒輪設計參數選擇“工具”“參數”菜單項，出現如圖3-1所示對話框。單擊“添加”按鈕，依次添加齒輪設計所需要的參數，我們需要添加八個參數，分別是模數m,齒數Z,齒寬b,壓力角alpha,齒頂圓直徑da,齒跟根圓直徑df,分度圓直徑d以及節圓直徑db,添加完語D全主*K排班的F功F#圖3-1“參數”對話框(3)添加齒輪參考圓關系式單擊“草繪”按鈕，選擇FRONT平面作為草繪平面，依次繪制4個同心圓選擇“工具”“關系”菜單項，在出現的對話框中輸入如圖3-2所示的關系式輸入完畢，首先在工作區單擊d0,并在關系式中添加d0=d,同樣，依次添加d1=df,d2=da,d3=db,完畢，單擊“確定”按鈕，結果如圖3-3所示。圖3-2“關系”對話框(4)創建齒輪齒廓漸開線特征單擊工具欄上的“曲線”按鈕，在出現的菜單管理器中選擇“從方程”選項，然后擊“笛卡爾”選項，出現圖3-4所示的記事本，在記事本中輸入漸開線方程，輸入完畢后，在記事本中單擊“文件”“保存”,之后關閉記事本，單擊“確定”按鈕，即出現圖3-5所/*根據t(將從0變到1),對x,y和z口回雙=圖3-4記事本窗口圖3-5漸開線創建(5)創建鏡像基準平面特征a.單擊工具欄上的“基準軸”按鈕，在工作區中選擇TOP基準平面和RIGHT基準平面，基準軸的約束類型為“穿過”兩個相交幾面，之后單擊“確定”。b.創建基準點單擊工具欄上的“基準點”按鈕，在工作區選擇分度圓和上一步創建的漸開線，完畢，單擊“確定”按鈕。c.創建基準平面點擊工具欄上的“平面”按鈕，在工作區選擇基準軸和基準點，完成后，單擊“確定”按鈕。d.創建鏡像平面特征在工具欄單擊“基準平面”,在工作區選擇創建的基準軸和基準平面DTM1,在“偏距”中輸入“旋轉角度”360/(4*Z),完畢后，單擊“確定”按鈕，創建鏡像基準平面DTM2,如圖3-6所示。圖3-6基準平面創建e.創建鏡像漸開線特征在模型樹中或在工作區首先選中已經創建的漸開線特征，此時工具欄的鏡像工具被激活，單擊“鏡像”工具，在控制版面中選擇DTM2基準平面，單擊“確認”按鈕，完成漸開線的特征鏡像，如圖3-7所示。(6)創建第一個齒槽特征單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，在控制版面中選擇“實體”方式，定義拉伸深度為“b”,并選擇FRONT平面作為草繪的基準平面。然后在工具欄中選擇“使用邊”選擇齒頂圓輪廓線，完畢后單擊“確認”按鈕。接著進行齒槽創建。創建過程和毛坯創建過程相同，單擊工具欄中的“拉伸”按鈕，選擇“去除材料”方式，選擇FRONT平面作為草繪平面，單擊“草繪”按鈕，進入草繪模式。草繪齒槽輪廓外形分別利用“環”和“單個”選項，選中齒頂圓，齒根圓以及兩條創建的漸開線。然后單擊工具欄中的人“直線”按鈕，繪制兩條直線和漸開線相切，單擊“圓角”按鈕，倒齒根圓，注意添加關系保證兩個齒根圓大小相同，再利用“修剪”工具，修剪出齒槽的外形，如圖3-8所示。完畢單擊“確認”按鈕進入三維模式，在拉伸深度值中輸入齒寬“b”,最后單擊“確認”按鈕完成，結果如圖3-9所示。圖3-8草繪齒槽截面圖3-9拉伸特征創建(7)創建齒槽陣列特征在工作區域中選中上一步創建的齒槽特征，單擊工具欄中的“陣列”選項，在對話框中選擇軸陣列，在陣列個數中填寫齒數，角度為360/Z,完畢，單擊“確認”按鈕，就得到齒輪模型，如圖3-10圖3-10陣列特征創建再進一步創建裝飾特征，齒輪模型就最終建立了，如圖3-11所示。圖3-11直齒輪3.3.2內齒輪的建模內齒輪建模和外齒輪建模過程基本相似，所以這里本文只陳述兩者不同之處即可。內齒輪建模時，我們首先要建立一個毛坯，這個過程很簡單，利用工具欄中的“拉伸”功能即可。得到如3-12所示毛坯模型，其中內徑為齒輪的齒頂圓直徑。毛坯建立完成后，我們需要添加關系，這也是內齒輪和外齒輪的根本不同，我們在關系面板需要輸入的語句是d=m*z,df=z*m+2.5*m,da=z*ha)。后面的操作就和外齒輪建模基本一樣了。最后得到的齒輪如圖3-13圖3-12拉伸特征創建圖3-13內齒輪3.4斜齒輪的建模這里以斜齒輪4的建模為例，其它齒輪的建模過程于此相似。斜齒輪建模的具體操作步奏如下：(1)添加齒輪設計參數(2)添加齒輪參考圓關系(3)創建漸開線方程(4)創建齒廓型面掃描混合特征(5)創建陣列特征(6)簡單修飾(1)新建文件啟動proe軟件，單擊新建按鈕，選擇系統默認“零件”類型，子類型為“實體”mmns-part-solid,然后單擊“確(2)選擇齒輪，我們需要添加14各參數，分別是模數m,齒數z,齒寬b,壓力角alpha,齒跟高hf,齒頂高ha,螺旋角beta,齒頂高系數hax,頂系系數cx,變為系數x,分度圓直徑d,基圓直徑db,齒頂圓直徑da,齒根圓直徑df。天驕完畢后，單擊“確認”按鈕。如圖3-14定制酒m=瑩-的R1主定賣型對濾依搖班省幫定圖3-14“參數”對話框(3)添加齒輪參考圓關系式單擊“工具欄”上的“草繪”按鈕，選擇FRONT平面作為草繪平面。任意繪制4系式，輸入完畢，首先在工作區域單擊d0尺寸，符號尺寸被添加到關系對話框中，然后建立等式剩余部分“=d”。按照順序，依次建立剩余的尺寸關系。完畢后單擊“確認“按文件編播插入參數實用工具顯示m圖3-15“關系”對話框(4)創建齒輪齒廓漸開線特征爾”坐標系，在記事本點劃線下方輸入漸開線方程，如圖3-16回區/*,為笛卡兒坐標系輸入參數方程/*根據t(將從0變到1)/*根據t(將從0變到1)對x,y和z/*平徑=4,參數方程將是：圖3-16“關系”對話框輸入完畢單擊記事本上的菜單，保存選項，然后關閉記事本，這樣就創建了漸開線特征，如圖3-17所示。(5)創建鏡像基準平面特征b.單擊“點”菜單項，在工作區域分別選擇分度圓和上一步創建的漸開線，完畢后單擊工具欄的“基準平面”按鈕，在工作區域選擇創建的額基準點和基準軸，完畢單擊“確定”按鈕，創建基準平面DTM1。單擊工具欄上的“基準平面”按鈕，在工作區域選擇創建的基準軸和基準平面DTM1,在“偏距”中輸入“旋轉”角度360/(4*Z),完畢單擊“確定”按鈕，創建基準平面DTM2。(6)創建漸開線鏡像特征在模型樹中或在工作區首先單擊選中已經創建的漸開線特征，單擊工具欄中的“鏡像”,選擇DTM2基準平面，單擊“確認”按鈕完成，如圖3-18所示。圖3-18鏡像特征創建(7)創建第一個齒廓截面特征a.草繪齒廓截而單擊工具欄的“草繪”按鈕，選擇FRONT平面作為草繪平而，單擊“草繪”確認，進入二位草繪模式，繪制齒槽外形如圖3-19所示，完畢后單擊“確定”按鈕。圖草繪截面圖中，需要注意，天加關系式兩個倒圓角大小相同，切圓角的大小按一下條件確定：如果hax<1,倒圓角大小為0.46*m,否則取值為0.38*m。“完成”選項。系統提示選取需要復制的特征，選取上一步創建的額草繪齒廓作為復制對象，最后在“選取特征”菜單中選取“完成”選項。在隨后彈出的“移動特征”菜單中選取“平移”選項，在“選取方向”菜單中選取“平面”選項，選取FRONT基準平面作為復制參照。此時紅色箭頭指示特征移動方向，在“選取方向”菜單中選取“軸”選項，選取基準軸A-1為復制參照。此時紅色箭頭指示特征移動方向，單擊“正向”確認方向。系統提示輸入旋轉角度關系ASIN(2*B*TAN(BETA)/D),完畢單擊“確認”按鈕，依次確認即可，記過如圖3-20所示。圖3-20復制特征創建(8)創建第一個齒廓特征a.單擊工具欄中的“拉伸”選項，選擇FRONT平面作為草繪平面，單擊“草繪”選項，進圖二維草繪模式。首先選擇“邊”工具，選取齒根圓，然后單擊“確認”指定拉伸深度為齒寬b,結果如圖3-21所示。圖3-21投影曲面單擊工具欄“草繪”按鈕，選擇RIGHT基準平面，繪制一條直線，注意添加關系夾角=beta,結果如圖3-22所示。式。單擊“剖面”選項出現上滑面板，方式入”上步創建的兩個齒廓截面，完畢單擊“確認”按鈕創建第一個齒輪，結果如圖3-23圖3-23第一個輪齒特征(9)創建其余齒廓陣列特征單擊上一步創建的齒廓特征，單擊工具欄“陣列”工具按鈕，陣列方式選擇“軸”陣列，陣列個數即為齒數，角度為360/z,完畢單擊“確認”按鈕，[11結果如圖3-24所示。圖3-24陣列特征創建繼續完成其他裝飾特征，一個斜齒輪就創建完畢了，結果如圖3-25所示。圖3-25斜齒輪依照上面的步奏和方法，我們可以創建其他的斜齒輪，這里不一一說明。3.5軸類零件的建模軸類零件相對比較簡單，只需要利用拉伸命令，并且按照設計參數，即可完成，這3.6生成裝配圖(1)打開pro/E軟件，單擊“新建”按鈕，選擇“組件”類型，子類型為“設計”方式，注意不勾選“使用缺省模板”復選項。選擇公制模板“mmn-asm-design”,然后單擊“確定”按鈕。(2)依次插入我們原來創建的零件，這里注意，零件和我們的裝配圖必須放在同一個文件夾，以免出現錯誤。利用約束關系將零件依次裝配，結果如圖3-26、3-27所示。圖3-26裝配圖圖3-27裝配圖3.7本章小結本章簡單介紹了Pro/E軟件和參數化建模，然后以設計的兩個齒輪為例詳細介紹了直齒輪和斜齒輪的參數化建模過程。最后將建立的零部件裝配起來，結果沒有干涉切齒輪之間嚙合正常，說明我們的齒輪參數和建模過程都是正確的。4基于ANSYS的軸類零件有限元分析ANSYS軟件是融合結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件，可廣泛用于核工業、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、汽車交通、生物醫學、水ANSYS多物理場耦合的功能，允許在同一模型上進行各式各樣的耦合計算成本，如：熱-機上，這樣確保了ANSYS對多領域多變工程問題的求解。ANSYS功能很多：結構分析，包括經理分析、模態分析、諧響應分析、瞬態動力學模態分析，這種分析計算線性結構的自振頻率及振型，譜分析時模態分析的擴展，用于計算由隨機振動引起的結構應力和應變(也叫做響應譜分析)。Workbench是ANSYS公司開發的新一代協同仿真環境。相比于以前的ANSYS軟件，Workbench具有很多優點：集設計、仿真、優化、網格變形等功能與一體你，對各種數據進行項日協調管理；具有復制裝配件接觸關系的自動識別功能；可以對復雜的幾何模型進行高質量的網格劃分：支持幾乎所有ANSYS的有限元分析功能；自帶可定制的工程材這里以低速軸的分析來介紹有限元分析的具體方法，其他零件的分析方法與之類似。(1)啟動ANSYSworkbench。然后插入模態分析的模塊，方法是雙擊model即可。如(2)定義材料屬性，雙擊EngineeringData,進入材料屬性定義界面，由于我使用的材料不是軟件自帶的材料，所以需要自己手動添并賦予其密度，彈性模量和泊松比。如圖4-2所示。定義完畢后再回到之前的項目管理界面。ABCD1ContentsofEngineeri323□