基于ALGOR FEAS的雙圓弧齒輪參數(shù)化有限元模型的建立

武昭暉

(太原大學(xué)機(jī)電系，山西太原 030032)

基于ALGOR FEAS的雙圓弧齒輪參數(shù)化有限元模型的建立

武昭暉

(太原大學(xué)機(jī)電系，山西太原 030032)

雙圓弧齒輪是一種比較復(fù)雜的空間螺旋體。通過(guò)C語(yǔ)言、AutoLISP語(yǔ)言編程與ALGOR FEAS前處理模塊結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)參數(shù)化的三維幾何造型系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)建立輪齒的三維有限元分析模型，準(zhǔn)確、直觀。

雙圓弧齒輪;參數(shù)化;有限元分析模型

有限元分析模型的建立，要根據(jù)計(jì)算目的和所關(guān)心的區(qū)域，給出節(jié)點(diǎn)空間位置(坐標(biāo)值)、單元與節(jié)點(diǎn)的連接信息、結(jié)構(gòu)的物質(zhì)特性、邊界條件或約束、各類載荷等信息。

1 雙圓弧齒輪三維模型建立過(guò)程

雙圓弧齒輪三維模型建立過(guò)程如下:

輸入雙圓弧齒輪的齒形參數(shù)→求齒輪端面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件*.DAT［1］→Auto LISP程序讀數(shù)據(jù)文件并構(gòu)造繪圖函數(shù)→AutoCAD調(diào)用所構(gòu)造函數(shù)并顯示圖形文件*.DWG→從輸出接口EXPOT轉(zhuǎn)換文件格式為*.DXF→從有限元前處理模塊的輸入接口INPORT輸入*.DXF→＊.DXF文件自動(dòng)變?yōu)?.ESD文件，并顯示齒輪端面圖→在SD2中將齒輪端面圖旋轉(zhuǎn)平移一定次數(shù)即得雙圓弧齒輪三維模型網(wǎng)格。

2 AutoCAD接口程序［2］

程序流程圖:讀數(shù)據(jù)文件*.DAT→構(gòu)造數(shù)據(jù)表→執(zhí)行繪圖操作→結(jié)束。

接口程序:

圖(1)為AutoCAD產(chǎn)生的91型雙圓弧齒輪的端面輪齒網(wǎng)格圖(只選了三個(gè)齒)。

圖191 型雙圓弧齒輪的端面輪齒網(wǎng)格圖

3 三維有限元網(wǎng)格模型的形成

AutoCAD產(chǎn)生的*.DWG文件，通過(guò)Auto-CAD文件菜單中的輸出子菜單轉(zhuǎn)換為*.DXF文件格式。有限元前處理模塊SD2輸入*.DXF文件，將其轉(zhuǎn)換為*.ESD文件并顯示圖形。再將該圖形旋轉(zhuǎn)平移拷貝后便形成了三維有限元網(wǎng)格模型。按一定規(guī)律。

若平移距離為Δl，旋轉(zhuǎn)角度為Δα=Δl× tanβ/(d/2)，其中β為螺旋角，d為分度圓直徑。旋轉(zhuǎn)軸為齒輪軸線。圖(2)為91型雙圓弧齒輪的有限元分析模型。

圖2 雙圓弧齒輪的有限元分析模型

4 有限元模型邊界約束條件的選擇

考慮到彈性力學(xué)的局部作用原理，我們沒(méi)有必要對(duì)整個(gè)雙圓弧齒輪的所有輪齒進(jìn)行剖分，上機(jī)計(jì)算，因此，只需從齒輪中取出少部分輪齒，一般取受力的一個(gè)或三個(gè)輪齒作為分析模型。本文取三個(gè)輪齒作為分析模型，如圖(3)所示。

圖3 三個(gè)輪齒作為分析模型

徑向方向尺寸取8 Mn，齒寬取60 mm。輪齒模型兩側(cè)截面ABA'B'，CDC'D'，上節(jié)點(diǎn)的約束方式直接影響計(jì)算結(jié)果的可信性。本文選擇分布在ABA'B'，CDC'D'的節(jié)點(diǎn)，以及BB'CC'節(jié)點(diǎn)全部固定作為邊界約束條件。［3］

5 載荷簡(jiǎn)化

雙圓弧齒輪理論上是點(diǎn)嚙合，承受集中載荷，實(shí)際上經(jīng)過(guò)充分跑合及受載后輪齒的變形，齒輪在接觸點(diǎn)處為區(qū)域接觸并承擔(dān)分布載荷，國(guó)內(nèi)外的許多專家、學(xué)者對(duì)接觸區(qū)形狀和載荷分布情況作了理論的研究和實(shí)驗(yàn)觀察，前蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)圓弧齒輪嚙合特性和受力狀態(tài)所作的研究表明:雙圓弧齒輪由于有兩條接觸線，同一齒上有兩塊區(qū)域接觸，相互之間存在影響，接觸區(qū)大部分形狀近似為橢圓，而且在接觸區(qū)域內(nèi)側(cè)出現(xiàn)尾巴，我國(guó)圓弧齒輪傳動(dòng)應(yīng)用的開(kāi)拓者朱景梓教授首先提出貝殼狀的觀點(diǎn)。接觸區(qū)域上載荷的分布規(guī)律，由于實(shí)測(cè)較為困難，而且在齒輪傳動(dòng)中受潤(rùn)滑油膜的影響，是一個(gè)多因素較復(fù)雜的問(wèn)題，筆者認(rèn)為把載荷分布規(guī)律和接觸區(qū)域在數(shù)學(xué)上處理為蓋在齒輪嚙合點(diǎn)的半橢球分布的方法與實(shí)際情況更為接近。

有限元分析時(shí)，載荷列陣是作用在單元節(jié)點(diǎn)上的集中力，筆者將載荷簡(jiǎn)化處理為作用于理論嚙合點(diǎn)及其附近四相鄰節(jié)點(diǎn)上的五個(gè)集中力。

6 結(jié)束語(yǔ)

雙圓弧齒輪是一種比較復(fù)雜的空間螺旋體。通過(guò)C語(yǔ)言、AutoLISP語(yǔ)言編程與ALGOR FEAS前處理模塊結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)參數(shù)化的三維幾何

Analysis of Present Condition of Urban Environment Pollution and Countermeasures

WANG Li-ning
(Department of Light Chemical Engineering，Sichuan Industry and Commerce Vocational Technical College，Dujiangyan 611830，China)

With the promoting of urbanization，the problem of urban environment pollution has already become one of the important factors restricting our urban development.At present，urban environment pollution includes:air pollution，noise pollution，urban garbage，electromagnetic radiation pollution，water pollution，and so on.The effective solutions are:adjusting the industrial structure，well doing the overall plan and environment functional zoning for urban development，strengthening urban environment management，strengthening urban environment infrastructure construction，strengthening the governance of the problems which have already emerged，and so on.

urban environment pollution;present condition;countermeasure

TH132.416

A

1671－5977(2012)01－0118－02

2012-01-08

武昭暉(1965-)，女，山西平遙人，太原大學(xué)機(jī)電系副教授。