基于ANSYS的复合材料齿轮的有限元分析.pdf

第５８卷第３期武汉大学学报（理学版）Ｖｏｌ．５８Ｎｏ．３
２０１２年６月Ｊ．ＷｕｈａｎＵｎｉｖ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄ．）Ｊｕｎｅ２０１２，２１５～２２０
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文章编号：１６７１－８８３６（２０１２）０３－０２１５－０６
基于ＡＮＳＹＳ的复合材料齿轮的有限元分析

王翔，黄威，李进
（武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉４３００７０）

摘要：为了提高复合材料齿轮的承载能力，需对其进行设计和分析．通过Ｐｒｏ／Ｅ软件实现对直齿圆柱轮的
参数化建模，并将三维模型导入到有限元软件ＡＮＳＹＳ中，然后采用模压成型工艺，制备短切玻璃纤维增强的酚醛
环氧复合材料板，以其力学性能作为设计参数，通过有限元软件对复合材料齿轮在一定载荷条件下的应力分布状
态进行了分析．研究结果表明，键槽与啮合轮齿的相对位置会影响复合材料齿轮的应力分布状况，齿顶和齿根最大
压缩应力与输入载荷呈线性关系，而齿根最大拉伸应力与输入载荷关系曲线中出现一段平台区．通过对ＢＭＣ复合
材料齿轮的静力学分析，为复合材料齿轮的改进设计提供一种实用的方法．
关键词：复合材料齿轮；团状模塑料（ＢＭＣ）；参数化建模；ＡＮＳＹＳ；静力学分析
中图分类号：ＴＨ１２３；ＴＨ１４５文献标识码：Ａ

ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｅａｒＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ

ＷＡＮＧＸｉａｎｇ，ＨＵＡＮＧＷｅｉ，ＬＩＪｉｎ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｅａｒｓ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎＰｒｏ／ＥａｎｄＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ，ａ３Ｄｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｏｆｉｎｖｏｌｕｔｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｐｕｒｇｅａｒｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎ
Ｐｒｏ／ＥｉｓｉｎｐｕｔｔｅｄｉｎｔｏＡＮＳＹＳ．Ｓｈｏｒｔｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ／ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｂｕｌｋｍｏｕｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ
（ＢＭＣ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｏｔｐｒｅｓｓｍｏｕｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｔｈｅｉｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｓ
ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｕｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｅａｒｍａｄｅｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ／ｅｐｏｘｙ
ｒｅｓｉｎＢＭＣｕｎｄｅｒａｃｅｒｔａｉｎｌｏａｄｉｓｍａｄｅｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ｇｅａｒｗａｓｇｒｅａｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｋｅｙｗａｙａｎｄｌｏａｄｅｄｔｅｅｔｈ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｅｔｈｔｉｐａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｅｅｔｈｒｏｏｔｗａｓｎｅａｒｌｙｌｉｎｅａｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｐｕｔｌｏａｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｐｌａｔｆｏｒｍａｐｐｅａｒｅｄ
ｉｎｔｈｅｄｉａｇｒａｍｏｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｔｅｅｔｈｒｏｏｔａｎｄｔｈｅｉｎｐｕｔｌｏａｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｉｎｔｈｉｓｅｓｓａｙ，ａｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｅａｒｓｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｐｒｏｖｉｄｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｅａｒｓ；ＢＭＣ（ｂｕｌｋｍｏｕｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＡＮＳＹＳ；ｓｔａｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ａｎａｌｙｓｉｓ

齿轮相比，复合材料齿轮具有质轻、降噪［１］、成本低、
引言
０设计简单［２］、自润滑、自修复［３］、耐腐蚀［４］，不需要二
次加工等优点，生产效率高，便于大批量生产［２］，可
齿轮传动是现代机械中最常见的一种传动机
构，广泛应用于各种减速器、机床传动装置及车辆广泛应用在酸、碱以及湿热环境的各种化工设备中．
另外复合材料的抗冲击强度和抗疲劳强度高［５］在
的变速箱等，在机械传动中占有重