毕业设计 题 目 塑料齿轮传动能力和成型能力的 有限元分析 学生姓名 专业班级 学 号 系 （部） 机械工程学院 指导教师(职称) 完成时间 毕业设计（论文）任务书题目塑料齿轮传动能力和成型能力的有限元分析专业 机械设计制造及其自动化 学号 姓名 主要内容本文简要的介绍了塑料齿轮传动能力和成型能力的有限元分析课题的背景，塑料齿轮由于传动噪声低、能够吸振、自润滑，且其可以开模加工，生产效率高，应用领域广泛等优点，在齿轮行业的应用会越来越多，因此塑料齿轮的设计成为趋势。这就要求计算出锥齿轮、斜齿轮、直齿轮三中齿轮的弯曲应力，得出齿轮在一定寿命循环次数下能够满足强度要求。分析出齿轮的等效应力，与塑料原料的屈服强度对比，得出塑料齿轮满足相应的强度条件。利用CAE软件Moldlfow对该齿轮在不同模具结构和材料下的成型品质进行模拟研究，以其确定成型该塑料齿轮的合理模具结构和成型材料。通过相关资料调研，目前成型塑料齿轮使用的大多是点浇口进胶，另外可根据齿轮的大小选用单浇口或多浇口进行模具设计。基本要求1. 利用pro/E软件的参数化设计，再加上塑料齿轮各个参数之间的关系，建立了塑料齿轮的参数化模型，可以通过调整基本参数的值重新生成齿轮模型的程序，生成新的齿轮模型。2 利用路易斯公式计算出齿轮的需用应力，利用根据数据得出齿轮能够满足强度要求。3 利用有限元软件ANSYS分析出齿轮的等效应力，与塑料原料的屈服强度对比，得出塑料齿轮满足相应强度条件。4 利用Moldflow软件模拟分析，得出两种材料在不同模具结构条件的成型结果。通过比较，发现四浇口的模具结构比较适合该塑料齿轮的成型，能够得到较好的成型品质。参考文献1王刚，单岩 Moldflow 模具分析技术基础M 北京: 清华大学出版社， 2005: 1202黄虹：塑料成型加工与模具，化工工业出版社，2003.33黄胜杰、机械科技研究中心：实战Pro/ENGINEER工程图， 中国铁道出版社，2002.104中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会：中国模具设计大典，江西科学技术出版社， 20015朱光力、万金保 等：塑料模具设计，清华大学出版社，2003 5 伍先明、王群 等：塑料模具设计指导，国防工业出版社， 2006.56M.M.Fisher， F.E.Mark and T.Kingsbury:Energy recovery in the sustainable recycling of plastics from end-of-life electrical and electronic products，2005 IEEE International Symposium on Electronics and the Environment， May 2005.7Bill Davies.Serge Jonnaert：Guide to Better Hot Runner Control White Paper，MoldflowCorporation，March 2004. 8许志：模具造型的数字化扫描及数控加工技术，制造技术与机床，1996年第9期 9赵葛霄：仿形技术在模具设计制造中的应用研究，模具工业，2001年第2期完 成 期 限：2012年12月15日至2013年6月12日指导教师签名： 专业负责人签名： 2013年12月15日 1塑料齿轮传动能力和成型能力的有限元分析目 录摘 要IABSTRACTII1 概述11.1 国塑料模具的现状11.2 塑料齿轮简介21.3 塑料齿轮的发展趋势31.4 Moldflow软件的使用41.5 有限元分析51.6 塑料齿轮的常用材料62 圆柱渐开线塑料直齿轮传动轮系的设计及有限元分析72.1 塑料直齿轮初始模型的建立72.2 塑料直齿轮的基本几何参数82.3 单元类型、材料属性和划分网格92.4 塑料直齿轮的传动能力计算103 圆柱渐开线塑料斜齿轮传动轮系的设计及有限元分析143.1 塑料斜齿轮的传动特点143.2 塑料斜齿轮初始模型的建立143.3 塑料斜齿轮的基本几何参数153.4 塑料斜齿轮正确啮合的基本条件163.5 塑料斜齿轮传动能力的计算173.6 塑料斜齿轮的有限元分析194 渐开线塑料锥齿轮传动轮系的设计及有限元分析224.1 塑料锥齿轮初始模型的建立224.2 塑料锥齿轮的基本几何参数224.3 渐开线锥齿轮齿廓的相关几何参数的分析234.4 塑料锥齿轮的传动能力计算244.5 塑料锥齿轮的有限元分析255 利用Moldflow软件分析不同模具结构对塑料齿轮成型品质的影响276 结论317 设计总结32致 谢33参考文献34塑料齿轮传动能力和成型能力的有限元分析摘 要本课题主要介绍了塑料齿轮传动能力和成型能力的有限元分析课题的背景，塑料齿轮由于传动噪声低、能够吸振、自润滑，且其可以开模加工，生产效率高，应用领域广泛等优点，在齿轮行业的应用会越来越多，因此塑料齿轮的设计成为趋势。这就要求计算出锥齿轮、斜齿轮、直齿轮三中齿轮的弯曲应力，得出齿轮在一定寿命循环次数下能够满足强度要求。分析出齿轮的等效应力，与塑料原料的屈服强度对比，得出塑料齿轮满足相应的强度条件。利用CAE软件Moldlfow对该齿轮在不同模具结构和材料下的成型品质进行模拟研究，以其确定成型该塑料齿轮的合理模具结构和成型材料。通过相关资料调研，目前成型塑料齿轮使用的大多是点浇口进胶，另外可根据齿轮的大小选用单浇口或多浇口进行模具设计。关键字：塑料齿轮；有限元；传动能力；成型品质FINITE ELEMENT PLASTIC GEAR TRANSMISSION CAPACITY AND MOLDING CAPACITY ANALYSISABSTRACTThis paper introduces the finite element plastic gear transmission capacity and molding capacity analysis of the background of the topic, the plastic gear transmission noise low, due to vibration, self lubrication, and can open mold processing, high production efficiency, the advantages of a wide range of applications, the application in the gear industry will be more and more, so the design of plastic gears become a trend. This requires the bending stress of bevel gear, bevel gear, gear third gear is calculated, the gear can meet the strength requirements in a certain life cycle. Analysis of the gear of the equivalent stress, and plastic raw material yield strength contrast, the plastic gear to meet the strength condition of the corresponding.A simulation study was carried out on the forming quality of gear in different die structure and materials using CAE under Moldlfow, the determination of reasonable die structure and forming material of the plastic gear. Through the relevant data, the use of plastic gears are mostly point gate into the glue, and according to the gear size selection of a single gate or multi-gate mold design.Keywords: plastic gear, finite element method, transmission capacity, molding quality11 概述从20世纪60年代开始，由于计算机技术的快速发展和广泛使用，CAD/CAE技术也得到了快速发展，由于模具CAD/CAE技术的快速发展和使用，使得模具设计和加工的成本降低了很多，效率也提高了不少，我们已经对这个技术充分认可。Moldflow软件的使用是其中很具有代表性的，Moldflow软件不仅可以模拟和分析热塑性塑料熔体注入模具的流动进程，而且能够对很多情况进行等进行模拟分析，例如，注入塑料的浇口位置、压力排布、冷却进程和注射工艺等条件。近二十年来，随着高强度、高耐磨等高性能工程塑料研发和改型的成功，特别是在全球汽车工业飞速发展和军备竞赛等的驱动下，塑料齿轮的开发和应用已经取得了长足进步。现在塑料齿轮已经在汽车电装产品中成功取代了传统金属齿轮，近来又成功应用于小型航空器上控制表层稳定的动力螺旋器、军用领域中的陀螺仪表及操纵装置中。随着高性能新型热塑性材料不到涌现，有望在消声减震要求更高、机械加工难度更大的齿轮等领域中，获得越来越广泛的应用。总之，塑料齿轮在当代齿轮构造中，已经发展为最快、活力最强的产业之一。1.1 国塑料模具的现状在传统金属铸造生产中，产生了模具行业，包括了各种用于金属和非金属快速成形的模具装备。从1980年至今，中国模具行业的产值年平均增长显著，我国的模具生产有了很大的提高，有些模具的生产已接近或达到国际水平。从起步到现在，我国塑模工业历经了半个多世纪，有了举足发展，注塑模具水平有了较大提高。在大型模具方面，不仅能生产大屏幕彩电塑壳注射模具、而且6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具、汽车保险杠以及整体仪表板等塑料模具都已能自己生产；在精确的塑料模具方面，也有了很大的发展，制造处很多新的塑料之间，取得了较大的成绩。目前