基于ALGOR FEAS的双圆弧齿轮参数化有限元模型的建立

武昭晖

(太原大学机电系，山西太原 030032)

基于ALGOR FEAS的双圆弧齿轮参数化有限元模型的建立

武昭晖

(太原大学机电系，山西太原 030032)

双圆弧齿轮是一种比较复杂的空间螺旋体。通过C语言、AutoLISP语言编程与ALGOR FEAS前处理模块结合，构成了一个参数化的三维几何造型系统，利用该系统建立轮齿的三维有限元分析模型，准确、直观。

双圆弧齿轮;参数化;有限元分析模型

有限元分析模型的建立，要根据计算目的和所关心的区域，给出节点空间位置(坐标值)、单元与节点的连接信息、结构的物质特性、边界条件或约束、各类载荷等信息。

1 双圆弧齿轮三维模型建立过程

双圆弧齿轮三维模型建立过程如下:

输入双圆弧齿轮的齿形参数→求齿轮端面节点坐标，并产生数据文件*.DAT［1］→Auto LISP程序读数据文件并构造绘图函数→AutoCAD调用所构造函数并显示图形文件*.DWG→从输出接口EXPOT转换文件格式为*.DXF→从有限元前处理模块的输入接口INPORT输入*.DXF→＊.DXF文件自动变为*.ESD文件，并显示齿轮端面图→在SD2中将齿轮端面图旋转平移一定次数即得双圆弧齿轮三维模型网格。

2 AutoCAD接口程序［2］

程序流程图:读数据文件*.DAT→构造数据表→执行绘图操作→结束。

接口程序:

图(1)为AutoCAD产生的91型双圆弧齿轮的端面轮齿网格图(只选了三个齿)。

图191 型双圆弧齿轮的端面轮齿网格图

3 三维有限元网格模型的形成

AutoCAD产生的*.DWG文件，通过Auto-CAD文件菜单中的输出子菜单转换为*.DXF文件格式。有限元前处理模块SD2输入*.DXF文件，将其转换为*.ESD文件并显示图形。再将该图形旋转平移拷贝后便形成了三维有限元网格模型。按一定规律。

若平移距离为Δl，旋转角度为Δα=Δl× tanβ/(d/2)，其中β为螺旋角，d为分度圆直径。旋转轴为齿轮轴线。图(2)为91型双圆弧齿轮的有限元分析模型。

图2 双圆弧齿轮的有限元分析模型

4 有限元模型边界约束条件的选择

考虑到弹性力学的局部作用原理，我们没有必要对整个双圆弧齿轮的所有轮齿进行剖分，上机计算，因此，只需从齿轮中取出少部分轮齿，一般取受力的一个或三个轮齿作为分析模型。本文取三个轮齿作为分析模型，如图(3)所示。

图3 三个轮齿作为分析模型

径向方向尺寸取8 Mn，齿宽取60 mm。轮齿模型两侧截面ABA'B'，CDC'D'，上节点的约束方式直接影响计算结果的可信性。本文选择分布在ABA'B'，CDC'D'的节点，以及BB'CC'节点全部固定作为边界约束条件。［3］

5 载荷简化

双圆弧齿轮理论上是点啮合，承受集中载荷，实际上经过充分跑合及受载后轮齿的变形，齿轮在接触点处为区域接触并承担分布载荷，国内外的许多专家、学者对接触区形状和载荷分布情况作了理论的研究和实验观察，前苏联学者对圆弧齿轮啮合特性和受力状态所作的研究表明:双圆弧齿轮由于有两条接触线，同一齿上有两块区域接触，相互之间存在影响，接触区大部分形状近似为椭圆，而且在接触区域内侧出现尾巴，我国圆弧齿轮传动应用的开拓者朱景梓教授首先提出贝壳状的观点。接触区域上载荷的分布规律，由于实测较为困难，而且在齿轮传动中受润滑油膜的影响，是一个多因素较复杂的问题，笔者认为把载荷分布规律和接触区域在数学上处理为盖在齿轮啮合点的半椭球分布的方法与实际情况更为接近。

有限元分析时，载荷列阵是作用在单元节点上的集中力，笔者将载荷简化处理为作用于理论啮合点及其附近四相邻节点上的五个集中力。

6 结束语

双圆弧齿轮是一种比较复杂的空间螺旋体。通过C语言、AutoLISP语言编程与ALGOR FEAS前处理模块结合，构成了一个参数化的三维几何

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

武昭晖(1965-)，女，山西平遥人，太原大学机电系副教授。