一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法
【专利摘要】本发明涉及一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法，用以解决修形圆柱齿轮仿真分析中有限元网格模型建立操作繁杂的问题。该方法基于齿轮修形加工的基本原理，通过计算出修形齿轮的齿廓曲线点以及内部点，形成齿轮有限元模型的网格节点坐标，进而建立起齿轮的有限元网格模型。本发明建立了修形齿轮有限元网格自动生成的方法，可以免去三维建模以及划分网格的繁琐工作，在很短的时间内建立起齿轮有限元模型，大大提高齿轮有限元计算分析的效率和精度。
【专利说明】一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及齿轮仿真的【技术领域】，具体涉及一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动 生成方法，适用于齿轮仿真分析中有限元网格自动生成。
【背景技术】
[0002] 目前国内外对于齿轮有限元仿真分析的前处理，一般是先通过三维建模软件建立 齿轮的三维几何模型，然后将齿轮模型导入有限元分析软件中进行网格划分，最后根据仿 真工况条件定义载荷及边界条件。为了保证有限元仿真分析的计算精度并顾及计算效率， 需要建立网格分布合理的齿轮网格模型，在有限元软件中进行齿轮的划分网格操作费时费 力，需要进行线、面、体网格划分定义多个步骤，迫切需要一种能够根据给定基本参数自动 生成修形齿轮网格模型的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题为：通过给定齿轮的基本参数、修形参数、网格划分参 数，便可以自动生成齿轮的三维有限元网格模型，免去了在三维建模软件中的建模及在有 限元软件中网格划分的复杂操作流程，大大提高了仿真分析前处理的效率。
[0004] 本发明采用的技术方案是：一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法，其特 征在于实现步骤如下：
[0005] 步骤⑴：已知齿轮基本参数、齿廓修形参数、齿向修形参数、网格参数四组参数， 基本参数包括：齿数z、模数m、压力角a、螺旋角0、齿宽B、变位系数X、齿轮安装中心距a、 法向侧隙jbn ;齿廓修形参数包括：齿顶修形量△ a、齿顶修形高度Ia、齿顶修形指数ba,齿根 修形量Af、齿根修形高度lf、齿根修形指数bf ;齿向修形参数包括：左侧修形量A1、左侧修 形长度I1、左侧修形指数1^，右侧修形量A p右侧修形长度I右侧修形指数\ ;网格参数 包括：齿廓上部网格数H1、齿廓中部网格数H2、齿廓下部网格数H3、齿根圆角网格数H 4、齿根 底部网格数n5、齿厚网格数n6、齿底网格数n7、齿向左侧网格数n 8、齿向中部网格数n9、齿向 右侧网格数Hici(网格参数的划分区间位置如附图2所示）；
[0006] 步骤（2):根据步骤（1)中的基本参数计算中间参数，齿顶圆半径，ra = rp+ha，* 根圆半径 rf = rp_hf，齿顶高 ha = (hj+x- A y) ? m，齿根高 hf = (h^+c^-x) ? m，其中的 A y
【权利要求】
1. 一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法，其特征在于实现步骤如下： 步骤（1):已知齿轮基本参数、齿廓修形参数、齿向修形参数、网格参数四组参数，基本 参数包括：齿数Z、模数m、压力角a、螺旋角0、齿宽B、变位系数X、齿轮安装中心距a、法 向侧隙jto ;齿廓修形参数包括：齿顶修形量△a、齿顶修形高度la、齿顶修形指数ba，齿根修 形量Af、齿根修形高度lf、齿根修形指数bf ;齿向修形参数包括：左侧修形量Ai、左侧修形 长度h、左侧修形指数、，右侧修形量Ap右侧修形长度L、右侧修形指数\ ;网格参数包 括：齿廓上部网格数^、齿廓中部网格数n2、齿廓下部网格数n3、齿根圆角网格数n4、齿根底 部网格数％、齿厚网格数n6、齿底网格数n7、齿向左侧网格数n8、齿向中部网格数n9、齿向右 侦_格数n1Q; 步骤⑵：根据步骤⑴中的基本参数计算中间参数，中间参数包括齿顶圆半径ra、齿 根圆半径rf、齿顶高ha、齿根高hf ; 步骤（3):根据齿向网格数将齿轮沿齿向方向分割为n个截面n=n8+n9+n1Q+l，分别求 取每个截面的网格点，每个截面的位置由lx表示，
步骤（4):由步骤（3)中的齿向修形量计算
其中4为齿轮分 度圆半径，mt为端面模数； 步骤（5):根据步骤⑷得到的rpa按公式
I计算齿廓曲线RP(办其 中：
f为齿轮转角，决定齿廓上点的位置，I为相邻两齿间夹角的一半1
rp为齿轮分度圆半径，m为齿轮模数，at为端面压力角，st为刀具端面上齿距的一半
，mt为端面模数； 步骤（6):计算齿根过渡曲线
根据刀具 圆角半径
顶隙c=c"" ?m，计算刀具圆角中心坐标
，在此基础上，计算刀具圆角上任意一
步骤（7):根据步骤⑵中的中间参数计算内部分割边界点Ml(racosl,rasin^ ) ,M2 (rfcosl,rfsin^ ) ,M3 (rdcosl,rdsing),
f 步骤（8):根据步骤（5)计算的齿廓曲线(的，步骤（6)计算的齿根过渡曲线Rt(?〇,步 骤⑵计算的内部分割边界点，按步骤⑴输入的网格划分数计算出各点之间的中间点，得 到lx = 0截面位置的网格点Rs(的； 步骤（9):将步骤⑶得到的截面网格点Rs(#经过旋转运动变换，得到当前lx对应的 左侧截面网格点Ri(的，计算公式为：
步骤（10):根据步骤（9)得到的^截面位置网格点R(f)*经过对称变换得到lx截面的 右侧网格点R2(f)，计算公式为：
式中：
将R2(f)与步骤（9)中得到的整合，得到lx截面对应的网格点R(的，
步骤（11):重复步骤（4)?步骤（10)直到所有lx对应的截面点均计算完成，各截面网 格点坐标计算完成后，将相邻8个节点定义为网格单元，按照有限元元件前处理文件格式 存储节点和单元信息，利用本文件，即可快速建立起齿轮的有限元网格模型。
2. 根据权利要求1所述的一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法，其特征在 于：所述步骤（5)中齿廓曲线上点的位置由变量f表示，其计算方法为：
其中X，y的计算方法如下：
r为所求齿廓点距齿轮中心的距离，rpa为刀具轴线与齿轮轴线的距离,控制齿向修形 量的大小，xn为齿轮法向变位系数。
3. 根据权利要求1所述的一种修形圆柱齿轮的有限元网格自动生成方法，其特 征在于：所述步骤（5)中的齿向修形量A随着lx的变化而改变，计算方法如下：当
时，A= 〇 ;当
【文档编号】G06T17/30GK104408241SQ201410645189
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】王延忠, 唐文, 刘鹏 申请人:北京航空航天大学