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研究生: 莊濬安
CHUN-AN CHUANG
論文名稱: 戟齒輪有限元素應力分析
STRESS ANALYSIS OF A HYPOID GEARS PAIR USING THE FINITE ELEMENT METHOD
指導教授: 石伊蓓
Yi-Pei Shih
口試委員: 徐冠倫
陳羽薰
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 68
中文關鍵詞: 戟齒輪有限元素法齒面負載分佈ANSYS參數化設計語言
外文關鍵詞: hypoid gears, finite element analysis, load distribution, ANSYS APDL
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戟齒輪是一種交錯軸之齒輪,它不像直傘齒輪和螺旋傘齒輪都有齒輪的承載能力計算標準,用來快速計算齒輪強度,所以本論文使用有限元素法,求取戟齒輪之應力,作為判斷齒輪強度之依據。有鑑於購置有限元素分析軟體如ANSYS和ABAQUS等程式所費不貲,所以衍生出自主開發有限元素分析軟體的重要性。本來齒輪應力有限元素分析會需要使用一對齒輪作接觸分析,但為了進一步減少求取時間,不使用接觸分析而將一對齒輪分開,分別計算單個齒輪,因為少了齒輪接觸範圍的邊界條件,所以就必須根據赫茲理論求得接觸位置受力分佈,才能計算出戟齒輪有限元素應力。另一方面為驗證本研究所建立知戟齒輪有限元素應力分析,使用ANSYS 參數化設計語言(ANSYS Parametric Design Language),APDL,進行自動化求取戟齒輪有限元素應力,最後兩者結果互相比對,確認本研究的準確性。


A hypoid gear is type of gears with non-intersecting axes. Unlike straight bevel gears and spiral bevel gears, there are no specified strength standards for them. Therefore, this thesis utilizes the finite element method to calculate the stress of hypoid gears, which serves as the basis for assessing the strength of these gears. Considering the significant cost of purchasing finite element analysis software such as ANSYS and ABAQUS, the importance of developing proprietary finite element analysis software has emerged. Originally, for finite element analysis of gear stress, it would be necessary to perform a contact analysis using a pair of gears. However, in order to further reduce the computation time, the contact analysis is skipped, and instead, each gear is analyzed separately as individual components. Due to the boundary conditions at the gear contact regions are unknown, it becomes necessary to determine the force distribution at the contact positions based on Hertzian theory. This information is then used to calculate the finite element stress analysis of the hypoid gears. On the other hand, in order to verify the finite element stress analysis of bevel gears established in this study, the finite element stresses of bevel gears are automatically calculated using ANSYS Parametric Design Language (APDL). The accuracy of this study was confirmed by comparing the analysis results based on APDL.

指導教授推薦書 I 學位考試委員會審定書 II 論文摘要 III Abstract IV 誌謝 V 目錄 VI 符號索引 VIII 圖索引 XIII 表索引 XV 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究動機 3 1.4 研究目的 4 1.5 論文架構 4 第2章 建立戟齒輪有限元素網格模型 5 2.1 前言 5 2.1.1 齒胚設計 5 2.2 戟齒輪齒面數學模式 6 2.2.1 刀具數學模式 6 2.2.2 戟齒輪齒面數學模式 7 2.3 建立戟齒輪有限元素網格模型 9 2.4 數值範例 11 2.5 小結 15 第3章 赫茲理論接觸力分析 17 3.1 前言 17 3.2 齒輪組裝位置 17 3.3 齒面接觸分析 18 3.4 齒面負載分析 19 3.4.1 齒面拓樸點至配對齒輪的齒面距離計算 19 3.4.2 齒面負載方程式 20 3.5 數值範例 22 3.6 小結 26 第4章 單個戟齒輪之有限元素法應力分析 27 4.1 前言 27 4.2 單個戟齒輪應力分析 27 4.3 數值範例 29 4.4 小結 30 第5章 ANSYS戟齒輪應力分析自動化 32 5.1 前言 32 5.2 ANSYS APDL介紹 33 5.3 單個戟齒輪應力分析 33 5.4 一對戟齒輪對應力分析 34 5.5 數值範例 35 5.6 小結 42 第6章 戟齒輪應力分析結果比對 43 6.1 前言 43 6.2 應力分析結果比對 43 6.3 分析時間比較 47 6.4 小結 48 第7章 結論與建議 49 7.1 結果與討論 49 7.2 建議與未來展望 50 參考文獻 51

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無法下載圖示 全文公開日期 2028/08/29 (校內網路)
全文公開日期 2028/08/29 (校外網路)
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