低速重载齿轮本体温度场的有限元分析
本文首先建立了低速重载齿轮稳态情况下本体温度场的热平衡方程和边界条件，然后根据理论依据等用三维建模软件UG建立了齿轮的数学模型。结合使用了有限元分析方法和理论分析计算，把齿轮轮齿各个面上的换热系数和啮合齿面上输入的摩擦热量都计算了出来，最后通过ANSYS软件进行分析计算，有条理地分析了齿轮本体温度场的大小和分布的情况。通过对各类参数的改变导致的齿轮温度场的改变的规律进行分析，对比，最终得出有一定参考价值的结果。关键词 低速重载齿轮，有限元，温度场
目 录
1 引言 1
1.1 齿轮传动的发展趋势 1
1.2 低速重载齿轮温度场的研究意义 2
2 课题任务与研究手段 3
2.1 课题任务 4
2.2 低速重载齿轮温度场研究手段 4
3 软件介绍及求解 5
3.1 UG齿轮建模基本过程 5
3.2 ANSYS求解温度场基本过程 6
3.3 计算结果 11
4 结果分析与讨论 16
4.1 规律分析 16
4.1.1 转矩对齿轮温度场的影响 16
4.1.2 转速对齿轮温度场的影响 18
4.1.3 模数对齿轮温度场的影响 20
4.2 小结 22
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
在当代的专业市场需求中，齿轮装置的需求远远超过别的的需求。虽然已经是21世纪，但是动力传动的关键部分还是齿轮。不管是在中国还是在外国，制造基础零件的行业仍旧紧跟时代，不停有新鲜血液注入，一直在发展。
在目前的工业发展情况来看，渐开线齿轮占领主导地位，但是随着行业的需求，要求的工作环境和工作强度不同，各个齿轮的都有自己的地位。本课题研究的是在低速重载的情况下的温度场，尤其是低速重载齿轮。课题将会根据低速重载的具体要求：传动功率大、扭矩大、传动比大、转速低、质量大，而且低速轴的转速要在200r/min以下等等特点，依据各个数据的分析，计算和研究在这些条件下的齿轮温度场的变化。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
1.1 齿轮传动的发展趋势
目前，在我国的各个行业上，齿轮传动所用到的地方是相比其他传动最多的，虽然齿轮出现的时间距离现在已经比较久了，但到现在，在许多机电产品的核心中依然是非常重要的部件。在如今科技发达的现在，齿轮的分度圆直径范围跨度特别大，小至50，大到上百米，在齿数上也可达到好几千以上；而且，齿轮箱摩擦产生的温度可高达538℃。
调研国家最新齿轮数据。自改革开放到现在，工业在这段时间里飞速发展和革新，尤其在齿轮的传动方面，无论是制造效率还是其他方面都得到了比较大的提升，并且现已算得上是全球各个国家中齿轮制造的大国。在2009年到2011年期间，齿轮行业不断的增长，到2011年末才变向平稳。虽然齿轮行业越来越多，但在齿轮的质量方面却和其他国家先进的水平有所差距，许多高精度的齿轮我国还不能自主生产。尤其在由发生振动而出现的噪声以及齿轮疲劳和寿命方面，比如汽车高端的自动变速器以及直升飞机的传动装置等等。
齿轮的发展到现在主要有5个阶段的改革，最早的是拨挂齿轮阶段：这个阶段就是古时候使用的齿轮，也是最为质朴基本的齿轮。那时候还没有齿形和齿距的概念。
第二阶段：等齿距齿轮，早在18世纪前，那时候虽然理论知识还不全面，比较片面，但是人们已经意识到齿形和齿距的存在，而且，在有一定的经验下，能造出能够顺利无误地传递运动的齿轮。
第三阶段：摆线齿轮，从17世纪开始到后来，许多创新者已经开始对齿形理论进行探索和发现，到17世纪末期，来自于丹麦的罗默提出一个新概念—要使用新型 的齿轮外摆线齿形。到18世纪初，卡米在法国提出了齿轮的基本啮合定理。等到了19世纪中间阶段时，英国的威利斯结合前人的所得，第一次提出复合摆线齿形。这个研究不久，市场就出现了类似齿形的铣刀。从此这类齿形的齿轮就遍布全球。
第四阶段：渐开线齿轮，传动时，不管中心距是变大亦或是变小，渐开线齿轮的角速是不会产生数值的增加或减小的，所以在传动时，它的优越性就体现出来了。在20世纪起始阶段，普福特设计了一款万能滚齿机，用范成法制造齿轮方面获得了较大的突出的效果，之后，渐开线齿轮就为全世界所知。
到了第五阶段的时候，多种齿轮在一起发展，各类齿轮在各个方面都有不同的突出效果，虽然在20世纪时，渐开线齿轮引领了新的潮流，但在中旬又有新的齿轮出现，例如点啮合的圆弧齿轮，在高速重载的场合效果突出；摆线齿轮在钟表和摆线针轮行星减速器的设计中得到了充分的利用；在接下来飞快的工业发展中，后继又出现了抛物线齿轮，准双曲面齿轮、椭圆齿轮、综合曲线齿轮等等。
这些不同类型的齿轮都是为了能更好的适应不同的环境，在各种不同要求下，依然能保持工作效率。这些齿形的一步步演变，也证实了工业的不断发展。
1.2 低速重载齿轮温度场的研究意义
在本次课题研究中，我主要研究的是低速重载齿轮，针对该类齿轮在传动时的温度场研究。
低速重载齿轮被广泛应用于各种不同的地方，像建造业、工程、冶金、矿山、水泥等等。其中水泥机械用到的齿轮，大多数采用45钢，然后进行调质热处理。因为恶劣的工况条件，部分齿轮仅仅只能使用半年就不能继续使用了，后来经过改进提高到了5年左右。在冶金设备中，齿轮主要的作用是动力的传动，齿面工作应力很高，最高的时候甚至直接达到了许用应力，这对齿轮质量就有较高的要求。齿轮的质量和寿命对产品的质量和企业能否长久发展起到决定性作用。调查结果表明，德国、日本制造的齿轮一般可以连续使用10至15年，俄罗斯制造的齿轮一般可以连续使用3至9年。虽然这些年来，中国在低速重载齿轮制造业上获得了不小的进步，但是平均下来一般只能连续使用5年，还是比不上那些工业发达的国家。由于齿轮还不能够承受足够大的压力，使用寿命不够长，会浪费制造齿轮的材料，浪费大把的时间和金钱，为了跟上发达国家在齿轮制造业上的脚步，我们就把研究重点放在低速重载齿轮上。
目 录
1 引言 1
1.1 齿轮传动的发展趋势 1
1.2 低速重载齿轮温度场的研究意义 2
2 课题任务与研究手段 3
2.1 课题任务 4
2.2 低速重载齿轮温度场研究手段 4
3 软件介绍及求解 5
3.1 UG齿轮建模基本过程 5
3.2 ANSYS求解温度场基本过程 6
3.3 计算结果 11
4 结果分析与讨论 16
4.1 规律分析 16
4.1.1 转矩对齿轮温度场的影响 16
4.1.2 转速对齿轮温度场的影响 18
4.1.3 模数对齿轮温度场的影响 20
4.2 小结 22
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
在当代的专业市场需求中，齿轮装置的需求远远超过别的的需求。虽然已经是21世纪，但是动力传动的关键部分还是齿轮。不管是在中国还是在外国，制造基础零件的行业仍旧紧跟时代，不停有新鲜血液注入，一直在发展。
在目前的工业发展情况来看，渐开线齿轮占领主导地位，但是随着行业的需求，要求的工作环境和工作强度不同，各个齿轮的都有自己的地位。本课题研究的是在低速重载的情况下的温度场，尤其是低速重载齿轮。课题将会根据低速重载的具体要求：传动功率大、扭矩大、传动比大、转速低、质量大，而且低速轴的转速要在200r/min以下等等特点，依据各个数据的分析，计算和研究在这些条件下的齿轮温度场的变化。
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1.1 齿轮传动的发展趋势
目前，在我国的各个行业上，齿轮传动所用到的地方是相比其他传动最多的，虽然齿轮出现的时间距离现在已经比较久了，但到现在，在许多机电产品的核心中依然是非常重要的部件。在如今科技发达的现在，齿轮的分度圆直径范围跨度特别大，小至50，大到上百米，在齿数上也可达到好几千以上；而且，齿轮箱摩擦产生的温度可高达538℃。
调研国家最新齿轮数据。自改革开放到现在，工业在这段时间里飞速发展和革新，尤其在齿轮的传动方面，无论是制造效率还是其他方面都得到了比较大的提升，并且现已算得上是全球各个国家中齿轮制造的大国。在2009年到2011年期间，齿轮行业不断的增长，到2011年末才变向平稳。虽然齿轮行业越来越多，但在齿轮的质量方面却和其他国家先进的水平有所差距，许多高精度的齿轮我国还不能自主生产。尤其在由发生振动而出现的噪声以及齿轮疲劳和寿命方面，比如汽车高端的自动变速器以及直升飞机的传动装置等等。
齿轮的发展到现在主要有5个阶段的改革，最早的是拨挂齿轮阶段：这个阶段就是古时候使用的齿轮，也是最为质朴基本的齿轮。那时候还没有齿形和齿距的概念。
第二阶段：等齿距齿轮，早在18世纪前，那时候虽然理论知识还不全面，比较片面，但是人们已经意识到齿形和齿距的存在，而且，在有一定的经验下，能造出能够顺利无误地传递运动的齿轮。
第三阶段：摆线齿轮，从17世纪开始到后来，许多创新者已经开始对齿形理论进行探索和发现，到17世纪末期，来自于丹麦的罗默提出一个新概念—要使用新型 的齿轮外摆线齿形。到18世纪初，卡米在法国提出了齿轮的基本啮合定理。等到了19世纪中间阶段时，英国的威利斯结合前人的所得，第一次提出复合摆线齿形。这个研究不久，市场就出现了类似齿形的铣刀。从此这类齿形的齿轮就遍布全球。
第四阶段：渐开线齿轮，传动时，不管中心距是变大亦或是变小，渐开线齿轮的角速是不会产生数值的增加或减小的，所以在传动时，它的优越性就体现出来了。在20世纪起始阶段，普福特设计了一款万能滚齿机，用范成法制造齿轮方面获得了较大的突出的效果，之后，渐开线齿轮就为全世界所知。
到了第五阶段的时候，多种齿轮在一起发展，各类齿轮在各个方面都有不同的突出效果，虽然在20世纪时，渐开线齿轮引领了新的潮流，但在中旬又有新的齿轮出现，例如点啮合的圆弧齿轮，在高速重载的场合效果突出；摆线齿轮在钟表和摆线针轮行星减速器的设计中得到了充分的利用；在接下来飞快的工业发展中，后继又出现了抛物线齿轮，准双曲面齿轮、椭圆齿轮、综合曲线齿轮等等。
这些不同类型的齿轮都是为了能更好的适应不同的环境，在各种不同要求下，依然能保持工作效率。这些齿形的一步步演变，也证实了工业的不断发展。
1.2 低速重载齿轮温度场的研究意义
在本次课题研究中，我主要研究的是低速重载齿轮，针对该类齿轮在传动时的温度场研究。
低速重载齿轮被广泛应用于各种不同的地方，像建造业、工程、冶金、矿山、水泥等等。其中水泥机械用到的齿轮，大多数采用45钢，然后进行调质热处理。因为恶劣的工况条件，部分齿轮仅仅只能使用半年就不能继续使用了，后来经过改进提高到了5年左右。在冶金设备中，齿轮主要的作用是动力的传动，齿面工作应力很高，最高的时候甚至直接达到了许用应力，这对齿轮质量就有较高的要求。齿轮的质量和寿命对产品的质量和企业能否长久发展起到决定性作用。调查结果表明，德国、日本制造的齿轮一般可以连续使用10至15年，俄罗斯制造的齿轮一般可以连续使用3至9年。虽然这些年来，中国在低速重载齿轮制造业上获得了不小的进步，但是平均下来一般只能连续使用5年，还是比不上那些工业发达的国家。由于齿轮还不能够承受足够大的压力，使用寿命不够长，会浪费制造齿轮的材料，浪费大把的时间和金钱，为了跟上发达国家在齿轮制造业上的脚步，我们就把研究重点放在低速重载齿轮上。
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