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基于ANSYSWorkbench的抽油机双圆弧齿形齿轮设计与分析
摘要：
本论文基于ANSYSWorkbench软件设计与分析了双圆弧齿形齿轮，通过数值模拟的方法，研究了其动力学性能、应力分布、变形情况等相关问题。在此基础之上，采用优化算法对齿形进行了改进，并分析了优化后齿轮的性能改善情况。结果表明，所设计的双圆弧齿形齿轮在动力学性能表现较好，优化后齿线接触面积和齿面接触应力得到了显著改善。
关键词：ANSYSWorkbench；双圆弧齿形齿轮；动力学性能；优化算法；齿线接触面积；齿面接触应力
一、引言
随着工业化的发展，高速、大功率、长寿命的机械传动装置在应用中越来越广泛，其中齿轮传动作为重要的机械传动方式之一，其性能直接影响到整个传动系统的使用寿命和可靠性。因此，如何提高齿轮的质量和性能，已成为工程师们不断探索的问题。在齿形设计中，双圆弧齿形是一种新型的齿形形状，其特点是具有多个拐角，可以有效地改善齿轮的传动性能和噪声特性。
本文以抽油机齿轮为研究对象，利用ANSYSWorkbench软件进行设计和分析，主要对比分析了传统圆弧齿形和双圆弧齿形齿轮的动力学性能、应力分布等方面的差异，并通过优化算法改进了齿形，在分析了优化后齿轮的性能改善情况的基础上，给出了一些改进设计的建议。
二、建模与分析
1.建模
将抽油机齿轮模型导入ANSYSWorkbench软件中，建立装配关系，并分配材料属性、边界条件等。设计两种不同齿形的齿轮模型，包括传统圆弧齿形齿轮模型和双圆弧齿形齿轮模型。
2.分析
（1）动力学性能
通过数值模拟，分析了两种不同齿形齿轮的运动学和动力学性能，包括速度、加速度、转矩等方面的变化情况，并对其变化规律进行了对比分析。
（2）应力分布
分析了两种不同齿形齿轮的应力集中情况，并通过应力云图和等值应力线的形式对比分析了两种齿轮的应力分布情况，并给出了相应的分析结论。
（3）变形情况
分析了两种不同齿形齿轮的变形情况，对比分析两种齿轮在变形方面的差异，并进行相应的分析和讨论。
三、优化设计
由于传统圆弧齿形齿轮存在应力分布不均和齿面接触应力过高等问题，需要对其进行优化设计。在此基础上，采用优化算法改进双圆弧齿形齿轮的齿形，选取优化目标为最小化齿面接触应力和最大化齿线接触面积，同时采用MATLAB软件进行程序设计。最终输出了优化后齿轮的齿形图，并对其性能进行了分析。
四、分析与结论
通过分析模拟结果可以看出，双圆弧齿形齿轮在动力学性能和应力分布等方面表现出了显著的优势，与传统圆弧齿形齿轮相比，其齿线接触面积和齿面接触应力得到了明显改善。在优化后的齿形中，齿顶高度增加，齿宽变窄，齿形更加完整，齿面接触应力降低，齿线接触面积增大，因此得到了更优的性能。
总之，本论文依托ANSYSWorkbench软件，通过数值模拟的方式进行设计和分析，比较了传统圆弧齿形齿轮和双圆弧齿形齿轮的性能，采用优化算法对双圆弧齿形齿轮进行了改进，并分析了优化后齿轮的性能改善情况，为相关领域的研究提供了参考。