基于ANSYS的齿轮接触问题研究_庞晓琛
基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究共3篇
基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究共3篇基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究1齿轮作为一种常用的传动元件，在机械系统的运转中发挥着重要的作用。
因此，对于齿轮的力学性能研究具有重要的意义。
本文以ANSYS软件为工具，研究齿轮接触应力与啮合刚度的相关问题。
一、齿轮模型的建立齿轮模型的建立是研究齿轮力学性能的基础。
初步建模需要确定齿轮参数、材料参数等。
在本次研究中，我们选取了一个模数为4的齿轮进行建模，在材料参数选取方面，我们选择了常用的20CrMnTi材料，以其为基础进行实验。
建模之后需要进行网格划分，网格密度的选择会影响后续分析的准确性以及计算时间，因此需要选择合适的密度。
选取太粗的网格会导致结果失真，选取太细的网格则会消耗大量的计算时间。
本次研究选取了相对均匀的中等密度网格，以保证结果的准确性。
二、齿轮接触应力分析齿轮在啮合过程中会产生接触应力，这对于齿轮的寿命和工作效率都有着至关重要的作用。
因此，研究齿轮接触应力，选择适当的润滑方式，对齿轮寿命和传动效率都有着重要的意义。
在ANSYS中进行齿轮接触应力的分析和计算，需要考虑到许多复杂的因素，如齿形、材料参数、润滑方式等。
在本次研究中我们采用了基于有限元方法的接触分析（FEM），对齿轮接触应力进行评估。
得到接触应力的结果后，我们可以对齿轮的寿命进行评估，并针对接触应力过大的地方进行优化处理。
三、齿轮啮合刚度分析除了接触应力之外，齿轮的啮合刚度对于传动的效率和精度也有着重要的影响。
啮合刚度是指啮合中两齿之间相对于轴线方向的相对运动能力，也可以视为齿轮在啮合过程中的弹性变形程度。
齿轮的啮合刚度与齿轮副的堆叠误差、硬度、几何尺寸等的影响有关。
在本次研究中，我们采用了ANSYS的非线性有限元分析方法，对齿轮的啮合刚度进行建模和优化。
通过对啮合刚度的研究，我们可以指导齿轮的加工和优化，提高其传动效率和精度。
四、总结本次研究基于ANSYS对齿轮接触应力和啮合刚度进行了研究。
基于ANSYS的Logix齿轮啮合接触分析
0引言差速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分，在汽车于凹凸不平的路面上行驶或转弯时，能够限制左右（或前后）驱动轮以不同的速度旋转，确保驱动轮以纯滚动状态行驶。
差速器齿轮的优化设计对保证差速器强度和耐久度，保证车辆安全可靠行驶，提高整车驾驶性，减少能源消耗等具有重要意义。
差速器的齿轮传动性能的影响因素之一是齿形；目前广泛应用于差速器的齿廓曲线齿轮有渐开线齿轮、圆弧齿轮和Logix 齿轮。
日本学者小守勉首次提出了名为Logix 齿轮（Logix Gear ）的新型齿轮。
如图1所示，Logix 齿形由多条微段渐开线连接而成，其节圆内外为凹凸形式，在啮合时齿廓上分布着大量相对曲率为0的结合点[1]。
取任一点O 1作夹角为α0的两条射线O 1N 1和O 1n 0，分别与节线P.L 交于N 1和n 0两点，其中O 1N 1与节线P.L 垂直。
取O 1n 0=G 1，并作线段O 1O′1=2G 1，使其与O 1n 0夹角为δ（称为相对压力角[2]）。
若以O 1和O′1为圆心，以G 1为半径分别作两个相切的基圆，和节线P.L 分别交于N 1和n 0两点。
取g 1s 1为两圆的发生线，则根据渐开线的形成原理，曲线m 0s 1和m 1s 1分别是发生线g 1s 1沿O 1和O′1的基圆滚过弧长g 1n 1和g 1n 0形成的渐开线。
1Logix 齿轮副有限元模型根据齿轮啮合理论，Logix 齿轮由于各微段渐开线的结合点在啮合时相对曲率为零，大量零点的啮合使得齿轮的滑动系数非常小，基本上能够实现滑动摩擦，从而增加齿轮表面的接触疲劳强度。
差速器是车辆驱动桥的核心部件，建立一套针对差速器Logix 齿轮的高精度、普适性仿真模型，对保证整车动力传递及疲劳耐久性能起着关键作用。
本文主要选用有限元软件ANSYS 进行Logix 齿轮接触应力和齿根弯曲应力的仿真分析，一方面充分利用ANSYS 接触分析功能强大和后处理操作简便，运算速度快，结果可靠性高等优点，另一方面考虑ANSYS 前处理与ProE 等建模软件的契合度高，建好的模型导入过程顺利，节省了模型导入过程中可能的数据错误，提高了解算的准确性，有利于提高产品设计的优化效率。
基于ANSYS的直齿面齿轮的承载接触分析
时, 面齿轮轮齿在一个啮合周期内 5 个啮合位置的 接触情况。其中: 图 7( a)为初始啮合位置的接触情 况, 图 7( e)为啮合终了位置的接触情况。 (图中 U 为啮合点处面齿轮相对于 初始啮合位置的转角 )。 图 7( a)和图 7( b)为前一个啮合周期的状态, 从图 7 ( c) 开始齿 轮进入与 下一齿的 啮合位 置。图 中清 晰、直观地显示了不同啮合位置面齿轮轮齿接触区
表 3 接触区椭圆长轴 ( 300 N# m )
图7
右齿
中间齿
左齿
位置 1 位置 2
31 261 mm 21 832 mm
101 673 mm 91 327 mm
0 41 616 mm 61 720 mm
位置 4
0
51 787 mm 91 827 mm
位置 5
0
41 382 mm 111235 mm
域的位置和形状变化, 反映了 齿轮副的啮合性 能。 理论上讲, 面齿轮啮合时为点接触, 而在加载时齿面 形成椭圆状接触区, 接触区的大小用接触椭圆的长 轴来衡量。
93 4
机械科学与技术
第 28卷
表 2 齿面最大接触应力 ( 300 N# m)
图7
右齿
中间齿
左齿
位置 1 位置 2
4431 168 M Pa 4991108 MP a
3. 2 当等效转矩为 500 N# m时的齿面接触状况 从图 8的仿真结果和 表 4、表 5 显示的数据结
果可以看出: 面齿轮在加大载荷情况下的啮合状态 与 300 N# m 相比, 总体接触情况变化不大, 但随着 载荷的增加, 接触 椭圆长轴变长, 接触区域 相对变 大, 接触应力增加。在位置 2和位置 3也都发生了 边缘接触 (对应于面齿轮初始位置旋转 1b~ 2b), 最 大接触应力从 300 N# m时的 1150 MP a增加到 500 N# m 时的 1491 MPa, 由此可见, 载荷增大时, 会引 起在边缘接触时的接触应力急剧增加。
ANSYS齿轮传动接触（论坛转载，感谢作者）
齿轮机构动力学分析齿轮接触的基础步骤：
首先在proe中建立模型。
然后导入ANSYS中，设置单元网格，定义材料。
将坐标系转换成柱坐标系。
然后将大齿轮的节点转入柱坐标系。
然后，在大齿轮上施加约束和位移。
Preprocessor-----solution----define load-----structural-----apply----displacement
单击apply之后，出现如下对话框。
之后施加约束。
方法跟上面一样。
之后建立局域坐标。
方法如下。
现在小齿轮的内圆心中建立一个点node。
之后，在此点处建立局域坐标。
选择柱坐标
之后将小齿轮节点导入当前坐标系，做法跟之前一样。
Preprocessor------modeling-----move/modify------rotate node to current cs
我就不介绍了哈~~~~~
之后，在小齿轮上施加位移和约束。
之后，建立接触。
建一个齿的就行啦~~~~（建多了很麻烦，当然，如果你有兴趣的话，全建上我也不反对）
方法如下：
之后，求解吧~~~solve
结果云图，我就不晒了，太累了！
注意：如果结果显示某个齿轮不转，例如小齿轮不转，那你就重新在定义一遍小齿轮的位移和约束，最好局域坐标系啥的也重新做一遍，ansys 这个软件有时候他就范毛病！ 这个例子就是玩，简单玩一下，你也可以在此基础上，变某些东西，比如说不加位移，加转速或角加速度，有兴趣可以试一试，我试了，没转起来，不知道啥原因，呵呵！ 本人水平有限，还望各路高人教两招有关这类分析的好方法！。
ansys齿轮接触分析案例
加载与求解
01
施加约束
根据实际情况，对齿轮的轴孔、 端面等部位施加适当的约束，如 固定约束、旋转约束等。
02
03
施加接触力
求解设置
根据齿轮的工作状态，在齿面之 间施加接触力，模拟实际工作情 况。
设置合适的求解器、迭代次数、 收敛准则等，确保求解的准确性 和稳定性。
后处理
结果查看
查看齿轮接触分析的应力分布、应变分布、接触压力分布等 结果。
02
分析接触区域的大小、应力分布情况，评估齿轮的传动性能和
寿命。
根据分析结果，优化齿轮的设计和制造工艺，提高其传动性能
03
和寿命。
06
CATALOGUE
ansys齿轮接触分析案例四：蜗轮蜗杆
问题描述
蜗轮蜗杆传动是一种常见的减速传动 方式，具有传动比大、传动平稳、噪 音低等优点。但在实际应用中，蜗轮 蜗杆的接触问题常常成为影响其性能 和寿命的关键因素。
属性。
边界条件和载荷
01
约束蜗杆的轴向位移，固定蜗轮的底面。
02 在蜗杆的输入端施加扭矩，模拟实际工作状态。
03 考虑温度场的影响，在模型中设置初始温度和环 境温度，并考虑热传导和热对流。
求解和结果分析
进行静力分析和瞬态动力学分析，求解接触应力 分布、摩擦力变化以及温度场分布等。
对求解结果进行后处理，提取关键数据，进行可 视化展示。
通过齿轮接触分析，可以发现潜在的 应力集中区域和齿面磨损问题，提高 齿轮的可靠性和寿命。
齿轮接触分析的应用领域
汽车工业
用于研究汽车变速器、发动机和传动系统中的齿轮接触行为，优 化齿轮设计以提高燃油经济性和可靠性。
风电领域
用于研究风力发电机组中齿轮箱的齿轮接触行为，提高风力发电设 备的效率和可靠性。
基于ANSYS的齿轮接触问题研究
基 于 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ的齿 轮 接 触 问题 研 究
江 阴职 业技 术 学院机 电 工程 系 庞 晓琛
摘
要 ：通 过 齿 轮 接 触 分 析 应 用 实 例 ，分 析 了 齿 轮 接 触 应 力 的 分 布 和 最 大应 力 ，介 绍 了 Ｃ Ｘ 电 子 图 板 齿 Ａ Ａ
时设 计夹 轨 器打 开机 构 ，保 证 大车行 走 时 ，夹轨 器 能够 打 开 ，这样 夹轨 器更 复杂 。 （ ）为 了保 证 现 港 机 已经 使 用 的 自锁 夹 轨 器 ３ 良好 的工作 状 态 ，保 证 偏心 轮旋 转灵 活 ；经常检 查 夹 持偏 心轮 或 偏心块 的磨 损情 况 ，并及 时 更换 ；对 轨 道 两侧 面 的凸起 要及 时 打磨 ，保证 轨道 两侧 面平 面精 度 ；保 证 偏心 轮 与轨道 接触 部分 硬度 大 于轨道 的硬 度 ；调整 夹 持偏 心轮 与轨 道 的间 隙 ，使 夹持偏
ｓ ｃｆｃ ｇ ａ ｓ ｐ ｒｏ ｍｅ ｏ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｔ ｄ ｍｅ ｔｏ ｅ ｎ ｈｉ ａ ｅ ｓ ｆｅ ｔｖ ．Ｉ ｓ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ ｈ ｔｅ ｍａ ｉ ｐｅ ｉ ｅ ｒ ｉ ｅ ｆｒ ｄ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｍｅｈｏ ｎ ｉｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｅ ｃ ｉｅ ｔ ｏ ｃ ｕ ｅ ｔａｔ ｈ ｘ ｍｕｍ ｉ ｉ ｃ ｎａ ｔｓｒ ｓ ｐｐ ａ ｓ ｗｈ ｎ ｏ ｌ ｎ ｉ ｅ ｔ ｏ ｔ ｃ ． ｏ ｔｃ ｔｅ ｓ ａ ｅ ｒ ｅ ｎｙ ｏ ｅ ｐａｒｔｅ ｈ ｃ ｎ ａ ｔ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｇ ａ ｅ ｒ； ｆｎｉ ｌ ｍｅ ｎ ｌ ｉ ｃ ｎａ ｔｓｒｓ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎｔａ ａｙｓｓ； ｏ ｔｃ ｔｅ ｓ； ｎ ｌｎ ａ ｅ ｏｎｉ ｅ ｒ
基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析
课程论文(2015-2016学年第二学期)基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析摘要：空间曲线啮合齿轮是近几年来华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，对该齿轮的弯曲应力和强度设计准则都有了一定的研究。
因此，本文主要是利用ANSYS WORKBENCH软件来对该齿轮来进行接触分析的进行探讨，介绍了接触分析的方法，为空间曲线啮合齿轮提供了一种新的分析方法。
用两个初始参数几乎完全一样的两个齿轮对来进行比较分析，得到交错轴齿轮比交叉轴齿轮的等效应力更大；安装位置对分析的结果的影响也很大；等效应变和变形都能够满足我们实际的需求等这些结论。
关键词：ANSYS WORKBENCH 空间曲线啮合齿轮接触分析1.引言传统的齿轮的形式多种多样，用有限元对传统齿轮的机构进行分析是目前研究采用得最多的一种方法。
而齿轮啮合过程作为一种接触行为，因涉及接触状态的改变而成为一个复杂的非线性问题。
因此近年来，国内外学者开始采用接触有限元法对齿轮进行分析。
接触有限元法来分析齿轮结构，为齿轮的快速设计和进一步的优化设计提供条件。
空间曲线啮合齿轮(Space Curve Meshing Wheel, SCMW) [1~3]是近几年来由华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，而空间曲线啮合交错轴齿轮则是可以运用于空间交错轴上的啮合齿轮。
不同于基于齿面啮合理论的传统齿轮机构[4、5]，它们是基于一对空间共轭曲线的点啮合理论。
它的特点是：传动比大、小尺寸、质量轻等。
课题组前期已经研究了适用于该空间曲线啮合轮机构的空间曲线啮合方程[6]，重合度计算公式[7]，强度设计准则[8]以及制造技术[9]等，并设计出微小减速器[10]。
同时，对于该齿轮的等强度设计等方面正在进行研究。
ANSYS WORKBENCH是用ANSYS 求解实际问题的产品，它是专门从事于模型分析的有限元软件，能很好地和现有的CAD三维软件无缝接口，来对模型进行静力学、动力学和非线性分析等功能。
一种基于ANSYS的齿轮齿面接触强度分析与结构优化
44研究与探索Research and Exploration ·改造与更新中国设备工程 2018.08 (下)机器发生故障时，齿轮是最容易出故障的部件之一，齿轮在运行中经常会发生轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑性变形等问题，因此对齿轮进行接触分析是很有必要的。
本文用Pro/E 标准渐开线方程建立齿轮的准确模型，导入ANSYS 中进行接触分析，通过Conry 编程模拟计算出齿轮的接触应力的分布，Refeat 计算出了齿面的接触应力和齿根应力，然后对齿轮进行拓扑优化，得到齿轮在腹板上的最佳材料分布，对优化的结果进行分析并且做出合理性总结，得到齿轮最终的形态。
一种基于ANSYS 的齿轮齿面接触强度分析与结构优化田静（太原工业学院 机械工程系，山西 太原 030008）摘要：本文用Pro /E 标准渐开线方程建立齿轮的准确模型，导入ANSYS 中进行接触分析，然后对齿轮进行拓扑优化，得到齿轮在腹板上的最佳材料分布，对优化的结果进行分析并且做出合理性总结，得到齿轮最终的形态。
关键词：齿轮；三维建模；ANSYS；接触分析；拓扑优化中图分类号：TH132 文献标识码：A 文献编号：1671-0711（2018）08（下）-0044-03进行维修，以此来消除潜在的故障以及零部件的损坏，这其中主要包括定期对设备零部件进行清洁、润滑以及拧紧等。
预防性维修并不需要深入设备内部，进而难以从根本上延长机械自动化设备的使用寿命以及减少故障发生率；故障性维修则主要就是排查矿山机械设备故障并且恢复设备功能，使用的方法主要就是单机修理、总成互换法等等，这些方法能够有效的提升矿山机械自动化设备故障维修的效率。
当前，矿山机械自动化设备维修方法中最为常用的就是总成互换法，这种方法主要就是使用新的机械元件来替换已经损伤的元件，然后再对损伤元件进行修复，等到检验合格之后再将其进行重新使用。
这种方法不仅仅能够简化设备维修流程，并且还能够有效的提升设备出勤率，极大程度上提高矿山企业的效益。
基于ANSYS软件的齿轮接触强度分析
10.16638/ki.1671-7988.2018.08.013基于ANSYS软件的齿轮接触强度分析季景方1，黎遗铃2（1.汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室（湖北汽车工业学院），湖北十堰442002；2.比亚迪汽车工业有限公司，广东深圳518000）摘要：齿轮传动是汽车传动的主要形式，其强度不足导致的失效问题给汽车企业造成巨大经济损失，文章基于ANSYS软件对齿轮接触强度进行分析。
首先使用CATIA软件建立了一对渐开线直齿圆柱齿轮的三维模型，并将三维模型导入ANSYS软件中进行了齿轮强度接触分析，得到了齿面、齿根等处的应力分布规律。
论文的研究为齿轮的设计提供了理论参考。
关键词：齿轮；接触强度；有限元中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)08-36-03Contact strength analysis of gear based on ANSYSJi Jingfang1, Li Yiling2( 1.Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronics (Hubei University of Automotive Technology), Hubei Shiyan, 442002; 2.BYD Automotive Industry Limited Company. Guangdong Shenzhen 518000 )Abstract: The gear transmission is the main form of automobile transmission and the failure of gear causes great economic loss for automobile enterprise. Contact strength analysis of gear is researched based on ANSYS in this paper. The three- dimensional model of a pair of involutes spur gear is established by using CATIA and the three dimensional model is introduced into the ANSYS to carry out contact strength analysis, and the stress distribution law of the tooth surface and the tooth root is obtained. The research provides a theoretical reference for gear design in this paper.Keywords: gear; contact strength; finite elementCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)08-36-03前言齿轮传动以其工作可靠、寿命长等特点在汽车传动系中具有非常广泛的应用，其齿轮的质量和性能直接影响了产品的品质。
基于ANSYS多齿轮动态接触分析[论文]
![基于ANSYS多齿轮动态接触分析[论文]](https://img.taocdn.com/s3/m/01c56dc8d5bbfd0a7956730a.png)
基于ANSYS的多齿轮动态接触分析摘要：基于ansys建模，分析多齿轮在动态接触过程中齿面各处应力的分布与变化，对于合理设计齿轮副提高齿轮寿命具有重要意义，并且避免设计过程中复杂的人工计算，以此为依据进行齿轮设计可以大大加快设计过程提高可靠性。
关键词：ansys 有限元应力齿轮动态接触中图分类号：th132.41 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）006-051-021 引言随着齿轮传动向重载、高速、低噪、高可靠性方向发展，现代齿轮设计对齿轮传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。
基于ansys对齿轮副建模，然后划分为有限个单元体并设置边界条件，将复杂力学问题的计算求解过程交由计算机完成可以大大节省人力，并且计算迅速，结果可靠。
本文以一对齿轮副的动态啮合过程为例，利用ansys对其进行建模、加载、求解从而分析其在啮合过程中的应力变化，为以后的齿轮设计提供力学上的理论依据。
2 有限元模型的建立与网格划分2.1 模型参数两个齿轮的基本参数如下：大齿轮：齿数45，模数2mm，压力角20?埃荻ジ呦凳？.0，顶隙系，0.5小齿轮：齿数36，模数2mm，压力角20?埃荻ジ呦凳？.0，顶隙系，0.5材料参数：45#，泊松比0.3，弹性模量206gpa，密度7850 2.2 单元选择及边界条件分析单元采用solid185单元，具有超弹性、应力钢化、蠕变、大变形和大应变能力。
通过接触向导建立齿轮之间的接触对和齿轮的刚性约束，则接触单元和目标单元将自动分配。
小齿轮为主动轮，约束齿轮内缘的径向位移和轴向位移；大齿轮为被动轮，约束径向位移和轴向位移。
小齿轮匀速转动，转速为0.2rad/s，大齿轮承受1200n·m的阻力矩，计算时间为1秒（小齿轮转过约11.5?埃邢拊p偷慕⑷缤？所示。
图1 齿轮啮合三维有限元模型3 仿真求解3.1 加载与求解由于是接触非线性瞬态分析，运算量很大，这里不进行整周旋转的模拟，只进行一对齿啮合过程的模拟，其余的轮齿与此相同。
基于ANSYS的直齿面齿轮的接触应力分析
1072013年9月下 第18期 总第174期1 概述随着齿轮传动向重载、高速、低噪、高可靠性方向发展,现代齿轮设计对齿轮传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。
齿轮设计的主要内容之一是强度设计,因此,建立比较精确的分析模型,准确的掌握齿轮应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。
①③④设计模型的几何尺寸及边界条件如下表所示,大齿轮与小齿轮的齿厚为10mm,两个齿轮的中心距离为81mm。
小齿轮为主动齿轮,大齿轮为从动齿轮,小齿轮均匀转速0.2rad/s,大齿轮承受600N.m 的阻力扭矩,计算时间为1s.(如表1表2)2 模型的建立定义小齿轮渐开线,定义小齿轮根部过渡曲线,定义小齿轮齿廓线,建立小齿轮模型,同理建立大齿轮模型,调整两个齿轮的位置,如图1所示。
3 齿轮有限元网格模型的建立在Ansys中对齿轮副进行分析,首先要建立齿轮的有限元网格模型。
依据齿轮啮合模型参数,把根据齿面方程设计的专有程序计算结果导人Ansys,建立齿轮单齿有限元网格模型如图2所示。
针对所建齿轮模型,在齿高方向划分了17层单元,过渡部分划分4层单元,齿厚方向划分41层单元,为节省计算资源,省略了齿轮的辐板和轮载部分等对接触分析结果影响不大的部分。
该模型共有7896个节点,7678个单元,轮齿采用Solid45八节点线性等参元,将生成的单齿模型数据导人到Ansys中,并对其进行旋转复制等操作,把单齿模型拓展为有限元网格模型。
4 齿面接触情况及分析过程在上述模型上施加扭矩,对面齿轮副进行分析计算。
由于面齿轮的传动误差都很小,一般都在10-4-10-2范围内,基本上呈一条直线,并且波动性不大。
下图给出面齿轮轮齿在一个啮合周期内5个啮合位置的接触情况。
其中:图3为初始啮合位置的接触情况,图4为啮合终了位置的接触情况。
图中显示了不同啃合位置面齿轮轮齿接触区域的位置和形状变化,反映了齿轮副的啃合性能。
理论上讲,面齿轮啃合时为点接触,而在加载时齿面形成椭圆状接触区,接触区的大小用接触椭圆的长轴来衡量。
基于ANSYS分析的齿轮设计
齿 轮 传动 是机 械传 动 中最 重 要 的零 件之
一 ， 它在机械传动以及整个机械领域中的应用 １创建有 限元模型
极其广 泛。齿轮的使用情况 、材料及热处理工
艺的不 同会使齿轮 传动出现不同的失效形式 。 一 般来说 ，齿轮设计主要是对其主要失效形式 进行抗失效的计算和校核 。计算机辅助分析可 以使这些传统的计算分析过程简单化 ，并能得 到合理的结果 。通过 ＡＮＳＹＳ软件对齿轮进行 分析 ，得到齿根 弯曲应力和齿面接触应力 ，提 供齿轮的设计依据 ，还可以通过对其进行模态 分析来研究振动特性 。
２０１６年第２期 总第４３卷
零部 件 分析 与设计
·６３·
基于 ＡＮＳＹＳ分析 的齿轮设计
雒晓兵 ，苗莉 ，许可芳 ，惠振 亮
（兰州交通大 学博文 学院，甘肃 兰州 ７３０１０１）
摘要：采用 ＡＮＳＹＳ有限元方法对减速器渐开 线斜齿 圆柱齿轮进行分析计 算。 利用三维软件 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ
关键词：ＡＮＳＹＳ；渐开 线斜齿 圆柱齿 轮；模 态分析 ；弯曲应力；接 触应 力 ；ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ
中图分类号：ＴＨ１２２
文献标志码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—０３ １６．２０１６．０２．０１６
文章编号：１００６—０３１６（２０１６）０２—００６３—０４
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＵ Ｏ Ｘｉａｏｂｉｎｇ， Ｍ ＩＡＯ Ｌｉ， ＸＵ Ｋｅｆａｎｇ， ＨＵＩ Ｚｈｅｎｌｉａｎｇ
较低 ；选择了稳定 区域的切削速度 ，可以大幅
度提高切削宽度 ，从而可大幅度提高切削效率。
ｌ １２ 。
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析
基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析一、本文概述随着现代机械工业的飞速发展，齿轮作为机械设备中的关键传动元件，其性能的稳定性和可靠性对于设备的长期运行和维护至关重要。
直齿轮作为齿轮传动的一种基本形式，其接触应力的分布与大小直接影响着齿轮的工作性能和使用寿命。
因此，对直齿轮接触应力的深入研究与分析，对于提高齿轮的设计水平、优化制造工艺以及提升设备的整体性能具有重要意义。
本文旨在利用ANSYS有限元软件对直齿轮的接触应力进行分析。
简要介绍了直齿轮的基本结构和传动原理，阐述了接触应力分析的必要性和重要性。
详细阐述了ANSYS有限元软件在齿轮接触应力分析中的应用，包括建模、网格划分、材料属性设定、接触设置、求解及后处理等关键步骤。
通过实例分析，展示了ANSYS软件在直齿轮接触应力分析中的具体操作流程，并对分析结果进行了详细的解读。
总结了利用ANSYS进行直齿轮接触应力分析的优势和局限性，并对未来的研究方向进行了展望。
本文旨在为齿轮设计师和工程师提供一种有效的直齿轮接触应力分析方法，帮助他们更好地理解直齿轮的应力分布特性，优化齿轮设计，提高齿轮的工作性能和可靠性。
本文也为相关领域的学者和研究人员提供了一种有益的参考和借鉴。
二、直齿轮接触应力的理论基础在直齿轮传动过程中，接触应力是决定齿轮使用寿命和性能的关键因素之一。
因此，对其进行准确的接触应力分析至关重要。
接触应力的分析主要基于弹性力学、材料力学和摩擦学的基本理论。
弹性力学是研究弹性体在外力作用下变形和应力分布规律的学科。
在直齿轮接触问题中，通常假设齿轮材料为线性弹性材料，满足胡克定律。
齿轮在啮合过程中，由于接触力的作用，齿面会产生弹性变形，进而产生接触应力。
材料力学是研究材料在受力作用下的应力、应变和强度等性能表现的学科。
对于直齿轮，材料的选择对齿轮的接触应力分布和承载能力有重要影响。
通常，齿轮材料需要具备较高的弹性模量、屈服强度和疲劳强度等。
基于ANSYS WORKBENCH的齿轮接触应力分析
基于ANSYS WORKBENCH 的齿轮接触应力分析蓝娆1 杨良勇 2 罗昌贤3(1柳州市采埃孚机械有限公司 广西柳州5450072四川工程职业技术学院 四川 德阳 6180003广西柳工机械股份有限公司 广西柳州545007) 摘要：在理论分析的基础上，建立齿轮接触对的有限元模型，在有限元分析软件ANSYS Workbench 建立接触对，添加约束和加载，得到齿轮接触应力大小，齿轮应力集中主要发生在齿根圆角处，和理论计算分析对比。
得出相关结论为以后齿轮接触的有限元分析提供了依据。
关键词：齿轮接触对；ANSYS Workbench ；接触应力；有限元分析0引言齿轮是传动系统中承受载荷和传动动力的主要零部件，也是最容易出故障的零件之一。
据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的6 0 ％以上，其齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一。
因此，工程中需要发大量工作对齿面强度及其应力进行分析。
ANSYS Workbench 是用 A NS YS 求解实际问题的新一代产品，它是专门从事于模型分析的有限元软件，拥有与CAD 的无缝接口、新一代的参数化建模工具，其强大的分析功能可以很准确地反映实际物体的状态。
可进行静力学分析、动力学分析、非线性分析等。
本文从柳州市采埃孚机械有限公司实际问题出发，建立齿轮接触对的三维有限元模型，在有限元分析软件ANSYS Workbench 计算得到齿轮接触对的接触应力，与传统理论计算公式得出比较，为齿轮的快速设计和进一步的优化设计提供条件。
1齿轮参数化建模齿轮的设计，加工，生产是一个复杂、严格的过程 ，如果能够实现齿轮在设计上的参数化建模，那么就避免了齿轮的反复设计，每次只要改变参数就能得到自己想要的齿轮，这将为齿轮的生产带来极大的方便。
利用CAD 软件UG ，其与ANSYS Workbench 可以实现无缝连接，其参数化建模功能和有限元分析模块可以在同一平台完成，避免了从CAD 软件到CAE 软件的转换，提高了设计效率，同时又有利于设计数据的统一管理。
基于ANSYS的齿轮弯曲应力、接触应力以及模态分析
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弹性接触 问题属于边界非线性 问题 ， 其 中既有接触区变化引起 的非线性 又有接触压力分布变化引起的非线性 以及摩擦作用产生 的非线性 ， 求解过程是搜寻准确 的接触状态 的反 复迭代过程 。为 此， 需要先假定一个可能的接触状态 ， 然后带人定解条件 ， 得到接触 点的接触 内力和位移 ， 判断是否满足接触条件。当不满足接触条件 时修改接触点的接触状态重新求解 ， 直到所有接触点都满足接触条 件 为止 。 ３ ． １ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的接 触类 型 与 接触 方 式 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件提供 了两种接触类型［ ５ １ ： 刚体一柔体接触与柔体一 柔体接触 。刚体一柔体接触 ， 适用于两接触面的刚度相差较大 的物 体间接触； 柔体一柔体 接触是一种更普遍 的类型 ， 适用于两个弹性 模 量 和 结构 刚性 比较 接近 的 物体 间 接 触 。 本 文 中分析 的一 对 啮合 齿 轮材料相同， 有近似的刚度 ， 故采用柔体一柔体接触 。 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软 件 支持 三 种 接触 方 式 ： 点点接触、 点 面接 触 与面 面 接 造型。 触。 圆柱齿轮传动过程 中， 由于接触部刚度 的变化 ， 导致齿面的接触 （ ３ ）创 建 完整 的直 齿 轮 实际上是发生在接触线 附近有限的面上 ， 故本文选用面面接触进行 运用 “ 特征操作 ” “ 复制” 命令将创建 的一个齿糟 绕齿 轮中心轴 齿 轮 的接 触 分析 。 ’ ３ ． ２ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 接 触 算法 选 择 旋转 ３ ６ ０ ／ Ｚ创建副本 ， 然后利用 “ 阵列” 命令生成其它 的齿廓 。然后 可以利用“ 拉伸工具” “ 去除材料” 命令 ， 创建齿轮轮毂和腹板等 。再 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 在对接触问题的求解上提供三类算法［ ６ １ ： 拉格 朗 日乘子 ， 开键槽 、 倒角 ， 最终生成直齿轮模型。 罚函数法和增广拉格 朗 日乘子法 。 对于齿轮接触问题 的求解算法 ， 最适合 的应该是增广拉格 朗 日 （ ４ ）实现齿轮参数化 的自动生成。 １ ． ２利用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ对齿轮进行装配 乘子法 。此算法通过拉格 朗 日乘子迭代 ， 最终求得满足精度要求 的 （ １ ）装配前的准备。启动 Ｐ ｒ ０ ／ Ｅ之后 ， 建立一个新文件 ， 文件类 接触力 ， 而在整个过程 中不增加总体方程 的未知数个数 ， 而且通过 型选择为组件 ，子类型为实体 。接着创建 ２ 条相互平行 的线 Ａ Ａ － ｌ 迭代求解 大大 降低 了对罚刚度值选取的要求 ，同时数值实施较方 便， 接触 条 件 能精 确 满 足 。 和Ａ Ａ ＿ ２ ， ２ 条 线 之 间 的距 离 为 ｄ ＝ １ ｍ （ ｚ 。 ＋ ｚ ２ ） 。
基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析
基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析XXXX大学（硕、博士）研究生试卷本考试课程名称有限元方法与应用考试考查学科专业机械工程学号XXXXX姓名XXX题目序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总计评卷教师基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析摘要：通过研究接触问题有限元基本理论，应用大型有限元分析软件ANSYS对齿轮啮合对进行接触非线性有限元分析。
有限元处理传统解析法无法处理的啮合问题结果比传统计算公式更为准确，且可定量的分析齿轮啮合应变与应力分布情况。
关键词：有限元；ANSYS齿轮；应变；应力Abstract:By studying the basic theory of finite element contact problem, using large-scale finite element analysis software ANSYS to the gear mesh to the contact nonlinear finite element analysis. The finite element mesh of dealing with the traditional analytic method cannot handle problems more accurate results than the traditional calculation formula, and the quantitative analysis of the gear meshing of strain and stress distribution.Key words: finite element; ANSYS gear; strain; stress一、研究背景接触是一种常见的物理现象，它涉及到接触状态的改变，还可能伴随有热、电等过程，因此成为一个复杂的非线性问题。
齿轮啮合就是一种接触行为，传统的齿轮理论分析是建立在弹性力学基础上的，对于齿轮的接触强度计算均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础，在计算过程中存在许多假设，不能准确反映齿轮啮合过程中的应力以及应变。
齿轮接触的有限元分析
齿轮接触的有限元分析庞晓琛1、2，汤文成2（1.江阴职业技术学院机电工程系，江苏江阴114405：2东南大学机械工程学院，江苏南京210009)摘要：通过齿轮接触分析应用实例，分析了齿轮接触应力的分布和最大应力，介绍了CAXA 电子图板齿轮建模和ANSYS接触分析的方法对其中遇到的接触问题进行探讨，对在计算过程中可能影响收敛的因素：处理界面约束方法、摩擦模型、接触刚度、初始接触条件等的选择和模拟提出建议，通过算倒说明了有限元分析在齿轮接触问题上的有效性，为其他类型接触问题的分析提供了参考。
关键词齿轮：有限元分析，ANSYS，接触应力，接触问题，非线性中图分类号．THI32.41，O241.82 文献标识码．A 文章编号．1671-5276(2007)06-0038-03 The Finite Element Analysis of Gear Contact StressPANG Xiao-chen1、2 TANG Wen-cheng2前言齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，它具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长等特点，但从零件失效的情况来看齿轮也是最容易出故障的零件之一，据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的60％以上其中齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一【1】。
为此，人们对齿面强度及其应力分布进行了大量研究。
但是，由于普通齿轮的齿廓一般都为渐开线，齿根的过渡曲线也难以确定所以大多数软件很难对齿轮进行精确建模，这在一定程度上影响了对齿面强度及其应力分布的研究进程。
另外在齿轮的传动过程中，存在着非线’的的接触问题，由于接触问题强烈的非线性特性，使得计算时需要较大的计算资源为了进行更有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
目前，随着计算机技术的发展，出现了一些优秀的大型软件这为齿轮的精确建模提供了可能，也为对齿轮的深入研究创造了条件。
1传统理论分析齿轮间接触问题【1】传统齿轮接触应力的计算公式是以两圆柱体接触的接触应力公式为基础，结合齿轮的参数导出的，1 881年赫兹(Henz )导出了两弹性圆柱体接触表面最大接触应力的计算公式：其中：F——法向压力，N；L——接触线长度，mm；u1，u2——两圆柱体材料的泊松比；e1，e2——两圆柱体材料的弹性模量，MPa；p——当量曲率半径，mm。
基于ANSYS精确建模法的齿形误差对齿轮接触特性影响研究
ANSYS精确建模的含齿形误差齿轮接触特性研究马雅丽乔福瑞（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024）摘要本文应用有限元法考察齿形误差对齿轮最大接触应力和啮合刚度的影响。
基于齿廓方程在ANSYS中精确建立了理想齿廓齿轮有限元模型；基于移动节点的方法，建立了误差齿廓齿轮有限元模型。
通过计算啮合周期内多个啮合位置有限元模型，得到了理想齿廓齿轮和误差齿廓齿轮最大接触应力的分布状态，分析了齿形误差对最大接触应力的影响程度;得到了理想齿廓齿轮和误差齿廓齿轮啮合刚度的分布规律，证明了齿形误差降低了齿轮的啮合刚度。
关键词齿轮精确建模齿形误差齿轮接触特性最大接触应力啮合刚度Research on Contact Characteristics of Gear with Profile Error based on a accuratelyModeling Method by ANSYSMa Yali Qiao Furui（Dalian University of Technology, school of Mechanical Engineering, Dalian 116024, China）Abstract: This paper focuses on the impact of the tooth profile error on maximum contact stress and meshing stiffness of gears by the method of finite elements. The meshing gears’ 3-D finite element model with ideal tooth profile is built by ANSYS based on the tooth profile equations; and the meshing gears’ 3-D finite element model with tooth profile error is built by means of moving contact zones nodes. By solving models at different meshing positions in a meshing cycle, it obtains distribution status of maximum contact stress and meshing stiffness of two gears with ideal tooth profile and without tooth profile error, and analyzes extent of the impact of the tooth profile error on maximum contact stress and meshing stiffness, and proves that profile error reduces the meshing stiffness. Key words: gear modeling accurately tooth profile error gear’s contact characteristics maximum contact stress meshing stiffness0 引言齿轮接触特性影响齿轮传动的平稳性和承载能力。
ANSYS在齿轮设计和计算中的应用
0 前言
齿根应力和齿轮变形的计算 是 齿 轮 设 计 的 两 个 重 要 问 题 ! 它关系到齿轮的承载能力和可 靠 性 " 相 对 于 传 统 的 计 算方法 ! 有限元法由于其能快速 & 准 确 可 靠 & 灵 活 地 分 析 计算 ! 在国内外齿轮设计和计算中 已 得 到 广 泛 应 用 " 利 用 有限元法分析齿轮接触非线性 问 题 从 !4 世 纪 /4 年 代 才 真 正开始 ! 主要方法有罚函数法 & 拉 格 朗 日 乘 子 法 ! 其 中 罚 函数方法由于其经济和简易方便得到了广泛使用
啮合过程中的接触变形和接触应力
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# 结语
本 文 利 用 大 型 通 过 分 析 程 序 %&’(’ " 以 直 齿 轮 为 例 " 分析了齿轮受载时单齿齿根应 力 分 布 以 及 齿 根 圆 角 对 轮 齿 挠 曲 变 形 的 影 响 ! 采 用 %&’(’ 面 面 接 触 单 元 对 齿 轮 啮 合 过程中接触应力和变形进行了 计 算 " 并 得 出 不 同 摩 擦 因 数 下的结果 ! 从文中分析结果可知 " %&’(’ 的面面接触单元能有效 地分析齿轮接触应力和变形" 有效地计算摩擦接触问题! 齿轮变形和应力的有限元仿真 分 析 是 发 展 的 必 然 趋 势 " 除 静态外 " 还可进行动态和啮合分析 ! %&’(’ 计算过程自动 化" 在后处理中能迅速# 直观# 准确地观察到计算结果" 这些都是实验方法无法比拟的 ! %&’(’ 软件为齿轮的优化 设计和可靠性设计及 1%8 提供了又一途径 !
" 轮齿对称中心 点 的 位 移 不 会 随 网 格 密 度