摘 要

近年来随着汽车技术的发展，对汽车变速器承载能力以及工作可靠性的要求越来越高。而齿轮作为变速器中的重要零件，虽然起着传递发动机转矩的重要作用，但由于其工作环境的恶劣、工况的复杂、被使用的频繁，导致其对强度的要求与日俱增。

本文通过对汽车变速箱中斜齿圆柱齿轮的研究，进行了齿轮精确建模和有限元构件在动荷载作用下的强度分析，分析得出一次动荷载加载过程中斜齿轮齿尖角处时最不利受力位置。

在研究斜齿轮受力分析师，首先使用三维建模软件Unigraghics建立考虑齿轮参数的斜齿轮模型，并在UG平台上通过UG二次开发工具对斜齿轮模型进行创立，最后实现想要得到符合要求的齿轮模型时只需通过修改设计参数即可得到，一定程度上实现了齿轮模型建立的参数化。

其次利用有限元分析软件ANSYS自带数据接口，将在UG平台上设置完成的斜齿轮模型导入ANSYS分析界面，按照划分网格、对轮齿啮合区和最不利加载位置的确定进行讨论、求解，并比较了不同的齿根圆角半径对轮齿强度的影响的顺序对斜齿轮进行有限元分析。

关键词：变速器齿轮；参数化；齿轮模块；二次开发；齿轮强度；有限元分析

ABSTRACT

In recent years, with the development of auto technology, the requirements of bearing capacity and the working reliability of auto transmission is higher and higher. And as key components in the transmission gear, although plays an important role of engine torque, but because of its bad working environment, working condition of the complex, used frequently, the strength of the demand is growing.

This article through to automobile gearbox in the study of the helical cylindrical gear, the gear precise modeling and finite element component under dynamic load strength analysis, a dynamic load analysis in the process of loading helical gear tooth Angle when the most unfavorable loading position.

Helical gear bearing in research analyst, the first to use three dimensional modeling software Unigraghics considering gear parameter of helical gear model is established, and on UG platform using UG secondary development tools for helical gear model is established, and finally realize to conform to the requirements of only when the gear model by modifying design parameters can be got, to some extent, has realized the gear parametric model is established.

Next take data interface by using finite element analysis software ANSYS, helical gear set on UG platform completed model into ANSYS analysis interface, according to the division of grid, the tooth contact zone, and the most unfavorable loading position to discuss and solve, and compares the different order of the influence of fillet radius of gear strength finite element analysis was carried out on the helical gear.

KEY WORDS：The transmission gear； The parameterized；Gear module；Secondary development；Gear strength；The finite element analysis

目录

1绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1齿轮有限元法研究现状 2

1.2.2 斜齿轮三维建模方法和研究现状 3

1.3 研究内容、研究方法及目标 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 斜齿轮数值模拟方法研究 4

1.3.3研究目标 4

1.3.4 技术方案 5

2 ANSYS有限元数值模拟理论与斜齿轮建模过程 5

2.1 有限元分析法 5

2.2 ANSYS软件发展及功能介绍 6

2.3 斜齿轮有限元建模过程 7

2.4 UG 环境下渐开线斜齿轮的参数化三维建模 8

2.4.1 UG 环境下渐开线斜齿轮三维造型原理 8

2.4.2 端面渐开线的绘制 9

2.4.3设计斜齿轮参数.......................................10 2.4.4 生成斜齿轮实体步骤................................... 11

3 斜齿轮数值模拟结算及结构分析 12

3.1 斜齿轮有限元设置： 12

3.2 简化斜齿轮有限元单元 15

4 斜齿轮动态接触有限元分析 16

4.1 斜齿轮动态分析建模步骤及有限元分析 16

4.1.1 斜齿轮动态接触有限元模型建立 17

4.1.2 定义有限元单元属性、材料属性 17

4.1.3 定义有限元模型组号（PART） 17

4.1.4 定义有限元模型接触 17

4.1.5 定义有限元模型荷载类型 17

4.1.6 有限元数值模拟结果分析求解 17

4.2 斜齿轮有限元模拟动态结果分析 17

参考文献 20

致 谢 21

1绪论

1.1 研究背景

自从汽车被发明出来以后，随着汽车工业的迅猛发展以及汽车周边产品进入到大批量生产的进程，一定程度上大大改善了现代人生活、出行等方面，同时也以为着汽车在现代人的生活中占据着越来越重要的地位。

汽车传动传动系统关键组成构件之一即是汽车变速器^[2]，在实际使用过程中其主要作用是在行进过程中转变发动机曲轴的转速及转矩，这是因为汽车在不同的使用工况中会有不同的驱动力要求，而汽车变速器就是为了满足汽车在上坡、加速等实际工况中对主动轮牵引力的要求。

随着科学技术以及汽车制造业的发展，人们越来越开始关注汽车变速器承载能力、行驶安全性与可靠性，故此导致变速器设计研究工作中对变速器零部件的强度、刚度的计算与校核就变得尤为重要^[3]。而变速器中的核心零件之一—齿轮（其作用时传递发动机转矩），在行驶过程中存在车速不断变化和频繁换挡现象，导致其工况较为复杂多变，工作环境较为恶劣，因而对其进行科学准确的建模和强度验算与校核迫在眉睫。

单个齿轮的齿的多少没有讨论意义，因为齿轮总是成对出现的。所以要成对讨论。在一对齿轮中，总有一个是相对主动转动的，称：主动轮。另一个是相对被动的，称：从动轮。