四圓弧齒輪三維實體設計與有限元分析專用軟件的開發(fā).pdf

1、四圓弧齒輪(輪齒齒廓由四個圓弧組成)是一種最新發(fā)明的新型齒輪，在齒面接觸強度和輪齒彎曲強度方面，都比漸開線齒輪和雙圓弧齒輪高。傳統(tǒng)的圓弧齒輪設計方案采用手工設計，設計周期長、效率低。而現(xiàn)代設計方法，CAD建模困難，CAE原理深奧，工程技術人員不易理解接受，不利于推廣這種性能優(yōu)異的齒輪。所以必須設計專用軟件以實現(xiàn)幾何設計和力學計算的自動化。本文正是針對此目的開發(fā)了“傻瓜式”的圓弧齒輪專用軟件Arc-Gear，將圓弧齒輪三維建模與有限元分析

2、集成為一體，使工程技術人員面對的只有齒輪模數(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圖形內核的，集幾何設計和有限元力學計算于一體的專業(yè)圓弧齒輪軟件。Arc-Gear軟件的開發(fā)分為圓弧齒輪三維實體建模，有限元前處理，有限元計算，有限元后處理和人機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；有限元計算包括四面體單元的單元剛度計算，總體剛度的合成；有限元后處理包括節(jié)點位移，單元應力和主應力的計算及生成應力云圖；人機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。
　　 為應用所開發(fā)的軟件，首先實現(xiàn)對四圓弧齒輪的參數(shù)化建模，為有限元分析齒輪提供了精確的模型，然后對四圓弧齒輪三維實體模型進行網格劃分，針對四面體單元建立單元剛度矩陣和求解節(jié)點位移與單元應力等問題，進行了具體的分析和

4、論述。為了提高計算結果的可視性，開發(fā)了有限元后處理程序，將抽象的數(shù)據(jù)表格轉化為生動直觀的應力云圖。開發(fā)出真正適合工程技術人員使用的人機交互界面，進行四圓弧齒輪的自動化設計、分析；最后，為驗證Arc-Gear軟件的有限元分析計算精度，選擇了一典型實例，并將其計算結果與Solidworks有限元模塊Simulation的計算結果進行比較，考察兩者之間的吻合程度。比較結果表明，Arc-Gear軟件的有限元分析精度與Simulation的計算結