基亏UG和ANSYS的鼓形齿轮接触应力分析
基于UG NX和ANSYS的减速箱渐开线圆柱齿轮有限元分析
基于UG NX和ANSYS的减速箱渐开线圆柱齿轮有限元分析摘要:通过三维机械设计软件UG NX构建直齿圆柱齿轮几何实体模型,运用有限元分析软件ANSYS对齿根进行应力分析计算,计算出齿轮的最大应力和最大应变。
通过与理论分析结果的比较,说明ANSYS在齿轮计算中的有效性。
有限元分析有利于对齿轮传动过程中力学特性进行深入研究,为齿轮传动的优化设计提供了基础理论。
关键词:直齿圆柱齿轮应力分析ANSYS UG 失效齿根弯曲疲劳折断是齿轮主要失效形式之一,因为在载荷的多次重复作用下,齿根处产生的弯曲应力最大,且齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用,当齿根处的交变应力超过材料的疲劳极限时,最终会造成轮齿的弯曲疲劳折断,因此,需进行齿根弯曲强度计算。
本文利用三维设计软件UG NX4.0对齿轮进行实体建模,通过软件数据接口实现数据传递,从而把所建立的实体模型导入有限元分析软件ANSYS11.0中,然后通过ANSYS对齿轮进行网格划分,加载求解,进行应力场分析,计算出轮齿传动过程中所受的最大应力、应变等,得到了齿根处最大弯曲应力,进行了齿根弯曲强度校核。
1 直齿圆柱齿轮几何实体模型的建立由于ANSYS有限元分析软件几何建模功能的限制,采用UGNX6.0建立直齿渐开线圆柱齿轮实体模型。
鉴于渐开线轮齿的复杂性,本文采用了UG NX6.0的齿轮插件来绘制齿轮。
输入想要绘制的齿轮参数(模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶系系数、齿轮厚度、齿轮孔直径),如图1所示,就可生成齿轮几何模型,完成建模,为了便于分析,提高运算效率,通过实体修剪,取三齿几何模型进行分析,将其保存为.prt文件格式。
本文所要分析的齿轮参数如下:齿轮转速n=1460r/min,传动功率P=50kW,模数m=4,齿轮齿数z=19,压力角α=20°,齿轮厚度34mm。
2 数据传递在UG 6.0中创建的保存为.prt文件格式的几何模型,ANSYS软件可以自动识别和导入.prt三维实体数据格式,从而实现UG和ANSYS 的数据传递,齿轮几何模型以体形式导入到ANSYS中。
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。
ANSYS齿轮接触应力分析案例
ANSYS齿轮接触应力分析案例齿轮是机械传动系统中常用的零部件，用于传递动力和转速。
在齿轮的工作过程中，由于受力情况复杂，容易发生接触应力过大导致齿轮损坏的情况。
为了确保齿轮的工作性能和寿命，需要进行接触应力的分析和优化设计。
ANSYS作为常用的有限元分析软件，可以用于进行齿轮接触应力的模拟和分析。
本文将以一个齿轮接触应力分析案例为例，介绍如何使用ANSYS软件进行接触应力的分析。
本案例以一对齿轮为例，通过对齿轮的建模、加载和分析过程，展示如何通过ANSYS软件进行齿轮接触应力的分析。
1.齿轮建模首先，在ANSYS软件中建立齿轮的几何模型。
可以通过CAD软件绘制齿轮的几何形状，然后导入到ANSYS中进行网格划分。
在建模过程中，需要考虑齿轮的齿形、齿数、模数等参数，并根据实际情况设置合适的几何形状。
2.设置加载在建模完成后，需要设置加载条件。
在本案例中，以齿轮传递动力时的载荷为例，可以通过施加力或扭矩来模拟齿轮的工作情况。
根据实际情况设置载荷大小和方向，以便进行接触应力的仿真分析。
3.网格划分接着对齿轮的几何模型进行网格划分，生成有限元网格。
在ANSYS中，可以通过自动网格划分功能或手动划分网格，确保模型的几何形状与加载条件得到合理的分析精度。
4.设置材料属性在进行齿轮接触应力分析前，需要设置材料的力学性质。
根据齿轮的实际材料属性，设置材料的弹性模量、泊松比等参数，以便进行接触应力的仿真分析。
5.运行分析设置完加载和材料属性后，可以进行齿轮接触应力的仿真分析。
在ANSYS中选择适当的分析模型和求解器，进行接触应力的计算和分布分析。
通过分析结果可以得到齿轮接触区域的应力分布情况，确定是否存在应力集中的问题。
6.结果分析最后，分析计算结果并进行结果的分析和优化。
根据接触应力的分布情况，确定齿轮的工作性能是否满足要求，是否存在应力过大导致损坏的风险。
如果需要，可以对齿轮的设计参数进行调整和优化，以提高齿轮的工作性能和寿命。
基于UG的齿轮对运动接触仿真分析
根据图1可知赫兹接触理论模型的接触半宽为：式中，E1、E2为齿轮1、齿轮2、齿轮2的泊松比；L为接触面长度；最大值；F n为外力；R1为齿轮1的分度圆半径；的分度圆半径；b为接触面半宽。
赫兹接触理论模型的接触应力为：（考虑齿轮传动中小齿轮单对齿啮合系数Z B ；节点区域系数Z H ；弹性系数Z E ；重合度系数Z L ；螺旋角系数Z β；荷系数K ；太阳轮上转矩T 1；齿轮传动比i ，得到最大接触应力为：（由弹性理论可得内力与体积力的关系方程为：体内的应力与表面力存在的边界条件为：式中，F Sx 、F Sy 、F Sz 为表面力在x 为表面外法线方向余弦。
对于具有接触面的结构，在承受荷载的过程中，面的状态变化影响接触体的应力场，接触状态。
分析接触问题的常用方法有数学规划法、元法和有限元法，对复杂的接触问题常用有限元法。
有限接触点的柔度方程组为：式中，δi ，A 和C Aij 为物体A 在接触点子矩阵；δi ，B 和C Bij 为物体B 在接触点矩阵；m 1为外力作用点数；R Ak 为载荷向量。
由于两相互接触物体一般不会产生渗透，两接触面间的接触关系以阻止穿透的发生，表面接触，存在大变形的摩擦接触时可引入额外因子虽然拉朗格朗日乘子模型能够得到接近零的穿透量，但计算量较大。
当允许有较小的穿透量时可使得接触状态图1赫兹接触理论模型F nR 1σHmax2bR 2F n图2基于UG的齿轮对接触仿真模型图3基于UG的齿轮对接触分析位移云图得到齿轮对的应力云图如图4所示。
可知齿轮对在接触区的应力较大，且最大应力发生在齿轮对接触面上，与实际情况相符，齿轮对的最大应力为15.53MPa，远小于材料的屈服应力。
通过对齿轮对接触面处的接触分析可进一步了解齿轮对的传动性能情况。
图4基于UG的齿轮对接触分析应力云图得到齿轮对的接触力与接触压力云图如图5所示。
将视图进行局部选择，图5（a）为齿轮对接触面处接触力云图，图5（b）为齿轮对接触面处的接触压力云图。
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的过盈配合接触应力分析
基于ansys的过盈配合接触应力分析摘要介绍了基于ansys的接触分析步骤，并通过ansys软件，将对一个盘轴紧配合结构进行接触分析，来说明接触分析的有限元计算方法。
关键词ansys 过盈配合接触分析引言在工程结构中，经常会遇到大量的接触问题。
火车车轮与钢轨之间，齿轮的啮合是典型的接触问题。
接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行实为有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。
接触问题存在两个较大的难点：其一，在你求解问题之前，你不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供你挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。
本文以ansys软件为工具，以某转子中轴和盘的连接为例，分析轴和盘的过盈配合的接触应力。
1.面面接触分析的步骤：在涉及到两个边界的接触问题中，很自然把一个边界作为“目标”面而把另一个作为“接触”面，对刚体—柔体的接触，“目标”面总是刚性的，“接触”面总是柔性面，这种两个面合起来叫作“接触对”。
使用Targe169和Conta171或Conta172来定义2D接触对，使用Targe170和Conta173或Conta174来定义3D接触对，程序通过相同的实常数号来识别“接触对”。
在接触问题中，两个相互接触的物体必须满足边界不穿透的约束条件，施加边界不穿透约束的方法主要有罚函数算法和扩增的拉格朗日算法。
罚函数算法是在总势能泛函中加入惩罚项，来近似满足接触约束条件。
从物理意义上讲，罚函数法相当于在接触边界上加入线弹簧以防止接触面之间的相互渗透，而罚函数因子相当于弹簧的刚度系数。
罚函数法的优点在于不增加系统未知数总数，可保持刚度矩阵的对称性，提高了求解效率，但罚函数因子的取值对计算结果的精度影响很大，必须根据渗透情况对其进行多次调整。
扩增的拉格朗日算法是为了找到精确的拉格朗日乘子而对罚函数修正项进行反复迭代，与罚函数的方法相比，拉格朗日方法不易引起病态条件，对接触刚度的灵敏度较小，然而，在有些分析中，扩增的拉格朗日方法可能需要更多的迭代，特别是在变形后网格变得太扭曲时。
基于ANSYS的齿轮弯曲应力、接触应力以及模态分析
基于ANSYS的齿轮弯曲应力、接触应力以及模态分析随着汽车性能和速度的提高，对变速箱齿轮也提出了更高的要求。
为较好地改善齿轮传动性能，有必要对齿轮进行静力学以及动力学分析。
对于齿轮的静力学分析，本文利用ANSYS对齿轮进行了齿根弯曲应力分析以及齿轮接触应力分析。
对于齿轮的动力学分析，本文利用ANSYS对其进行了模态分析，提取了齿轮的前十阶固有频率和固有振型。
最后实验表明，基于ANSYS的齿轮弯曲应力和接触应力相比较传统方法具有一定的裕度，而模态分析能较形象地展现其振型。
标签：齿轮；弯曲应力；接触应力；模态分析引言随着汽车性能和速度的提高，对变速箱齿轮也提出了更高的要求。
改善齿轮传动性能成为齿轮设计中的重要内容。
为了避免由于齿轮接触疲劳而引发的行驶事故，有必要对齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力进行分析和评估。
同理，为避免由于齿轮共振引起的轮体破坏，有必要对齿轮进行固有特性分析，通过调整齿轮的固有振动频率使其共振转速离开工作转速。
齿轮的工作寿命与最大弯曲应力值的六次方成反比，因此最大弯曲应力略微减小，齿轮工作寿命即会大大提高[1]。
齿轮的最大弯曲应力往往出现在齿轮的齿根过渡曲线处，因此精确计算渐开线齿轮齿根过渡曲线处的应力，进而合理设计过渡曲线，对延长齿轮工作寿命、提高齿轮承载能力至关重要。
为了进行齿面接触强度计算，分析齿面失效和润滑状态，必须分析齿面的接触应力。
经典的齿面接触应力计算公式是建立在弹性力学基础上，而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。
但由于齿轮副啮合齿面的几何形状十分复杂，采用上面的方法准确计算轮齿应力和载荷分配等问题非常困难甚至无法实现。
随着计算机的普及，齿轮接触问题的数值解法获得了越来越广泛的应用。
齿轮副在工作时，在内部和外部激励下将发生机械振动。
振动系统的固有特性，一般包括固有频率和主振型，它是系统的动态特性之一，同时也可以作为其它动力学分析的起点，对系统的动态响应、动载荷的产生与传递以及系统振动的形式等都具有重要的影响。
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的齿轮应力有限元分析
基于ANSYS的齿轮应力有限元分析ANSYS是一种常用的有限元分析软件，可用于齿轮等机械零件的应力分析。
齿轮作为传动系统的关键部件，其可靠性和寿命对系统的运行至关重要。
因此，进行齿轮的应力有限元分析可以帮助我们评估其强度和稳定性，并优化设计，提高其性能和寿命。
首先，我们需要建立齿轮模型。
使用ANSYS软件中的几何建模工具，可以通过几何体的建立、相对位置的确定以及齿轮几何参数的输入来创建齿轮模型。
齿轮的几何参数包括齿数、齿宽、齿高、模数等，这些参数可以根据实际设计要求来确定。
接下来，我们需要设置齿轮材料的力学性能参数。
ANSYS软件中有一个材料库，可以选择常见材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
根据实际使用材料的特性，选择合适的材料模型。
然后，我们需要对齿轮模型进行网格划分。
网格划分是有限元分析中非常重要的一步，它将复杂几何形状划分为许多小单元，以便对每个小单元进行分析。
ANSYS软件提供了多种网格划分算法和工具，可以根据需要选择合适的网格划分方案。
完成网格划分后，我们可以设置齿轮的边界条件和加载情况。
边界条件包括支撑条件、固定条件和对称条件等。
加载情况包括外力、扭矩和速度等。
根据实际应用情况，设置合适的边界条件和加载情况。
接下来，我们可以进行齿轮的应力分析。
利用ANSYS软件的求解器，可以对齿轮模型进行有限元分析。
通过求解器的迭代计算，可以得到齿轮模型中各个单元的位移、应力和应变等信息。
最后，我们可以对结果进行后处理。
ANSYS软件提供了丰富的后处理工具，可以对齿轮模型的应力分布、变形情况等进行可视化和分析。
通过分析结果，可以评估齿轮的强度和稳定性，并在需要的情况下进行设计优化。
总之，基于ANSYS的齿轮应力有限元分析是一种有效的方法，可以帮助我们评估齿轮的强度和稳定性，并优化设计。
通过合理的模型建立、准确的材料参数输入、合适的网格划分、准确的边界条件和加载情况设置，可以得到可靠的分析结果，为齿轮的设计和改进提供有力支持。
基于UG与ANSYS汽车变速箱斜齿轮接触应力分析
矩 传递 由面 一面 接 触 变 为 线 一线 接 触 ，而 传 递 的
力 矩并 没 有 改 变 。分 析 这 种 力 矩 下 主 动 齿 轮 的 接 触 应力 ，有 助 于 分 析 齿 轮 失 效 的形 式 ，对 汽 车 的 养 护从 设计 阶 段 就 重 视 起 来 。有 调 查 表 明 ，机 械 产 品如 能在 设计 阶段减 少 ５ 的设 计错 误 ，那 么 在 ％ 产 品实 际制 造和维 护上 将减 少 ７ ％ 的错误 。 ０
仅 １＝ａ ｔ ［ａ （１ ｃｓ（ ） ＝ ０ ２２ ； ｒ ｇ ｔ ｏ）／ ｏ Ｂ ］ ２ ．４ 。 ｃ ｎ
分度 圆直 径 ：
Ｄ １＝ｚ ｍ ｃｓ （ ） ＝ ０ ７ ４ ｍ × ／ ｏ Ｂ ６ ． ８ ｍ； 齿顶 圆直 径 ：
Ｄ２ ＝Ｄ１＋２ ｘ ｍ ×ｈ ＝６ ． ８ ｍ ６ ７ ４ ｍｍ ：
模数 Ｉ ３ ｎ＝ ，标 准 压 力 角 １＝２ 。 ３ ０ ，齿 数 Ｚ ７ ． ／ ＝１ ，螺 旋 升角 Ｂ＝１。 ０ ，齿 根 系 数 ｈ ｄ＝１ ，齿 顶 系 数 ｈ ＝ ｍ
１ ２ ，齿 轮厚度 Ｌ＝ ２ ｍ ．５ ６ ｍ。根 据 国 内某 知 名 品牌
汽 车参数 ：最 大 功 率 ＝１８Ｋ ，最 大功 率转 速 ＝ １ Ｗ
石 油 知 识 ，２０ （ ） ０— １ ０ ９ ５ ：３ ３
—
［ ］王东 ，郭 淑梅 ，白岩 ，单 新宇．差压 式孔板 流量计 的 ６ 误差来 源与控 制对 策．天然 气工 业 ，２０ ，２ （０ ： ０ ４ ４ １ ）
１ ２～１５ ３ ３
６ 一
《 仪器仪表与分析监测》２ １ ０２年第 ２期
基于 Ｕ Ｇ与 Ａ Ｓ Ｓ汽 车 变 速箱 斜 齿 轮 接 触 应 力 分析 ＮＹ
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。
齿轮接触应力的有限元分析在UG和ANSYS中的实现
ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．６，２００８设计与计算"!"!!!!"!"收稿日期：２００８－０３－２２作者简介：周秦源（１９７４—），女，湖南祁东人，讲师，硕士研究生，主要从事机械设计与制造方向。
齿轮接触应力的有限元分析在ＵＧ和ＡＮＳＹＳ中的实现周秦源１，王雪红２，刘让贤１（１．张家界航空工业职业技术学院，湖南张家界４２７０００；２．湖南工业职业技术学院，湖南长沙４１０００７）摘要：基于ＵＧ平台，通过参数化方法建立齿轮模型，将．ＩＧＥＳ文件格式将模型导入ＡＮＳＹＳ软件，用有限元分析方法对齿轮节点处的接触应力进行了分析，进而对齿轮接触状态的强度性能进行了合理的评估，并校核了其结构的可靠性。
关键词：ＵＧ；ＡＮＳＹＳ；齿轮；接触应力；有限元分析中图分类号：ＴＨ１２８文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００８）０６－００５４－０３齿轮传动在运行工况下常常会发生齿轮折断、齿面损伤、塑性变形等问题。
导致传动性能失效，进而可能引发严重的生产事故，因而有必要对齿轮接触状态的强度性能进行合理的评估并校核其结构的可靠性。
为了更方便快捷的对齿轮对进行有限元分析，本文采用ＵＧ参数化特征建模方法和通用有限元软件进行齿轮轮齿三维接触有限元分析。
１基于ＵＧ平台建立齿轮参数化几何模型参数化是指用几何约束、数学方程与关系来表征模型的形状特征。
特征是指面向应用的、携带一定工程信息并确定几何拓扑关系的一组几何元素所构成的参数化形状模型，是参数化建模的关键要素［１］。
用特征的参数化建模方法可以精确、高效地建立各种齿轮轮齿的几何模型。
本文就是在商业化软件ＵＧ平台上，建立了齿轮轮齿参数化建模程序。
在此程序中，通过改变模型的基本参数，就可以得到与之相应的各种形状的轮齿模型。
进行齿轮轮齿参数化几何建模的方法如下：１．１确定基本参数基本参数是指进行齿轮结构设计的初始独立参数。
基于UG和ANSYS的三维齿轮接触有限元分析_张光明
1齿轮接触分析方案ANSYS 软件分为三大基本步骤：（1）建立几何模型、网格划分以及边界约束和载荷的施加；（2）进行求解计算；（3）对求解结果进行显示、查看和进一步地迭代运算等。
ANSYS 有强大的、精确的求解功能，但其实体建模、网格划分、载荷和边界条件施加等能力相对较弱。
例如三维齿轮副在ANSYS 中建模、网格划分及施加扭矩都十分困难。
而UG 软件具有实体建模、装配建模、高级仿真、运动仿真、干涉检查以及载荷分析等功能，并能生成直观可视化很好的产品。
UG 自身也有CAE 功能，并且其网格划分、边界条件和载荷的加载功能也很强大、便捷。
综合UG 能完成有限元分析的前处理工作，而ANSYS 具有精确的求解器。
将2个软件的优点结合起来分析齿轮接触问题。
2UG 软件建立有限元模型2.1UG 中建立实体模型已知某减速箱的1对直齿轮参数：模数/mm5齿数35、52齿宽/mm 40压力角α/（°）20材料弹性模量E /Pa 1.98×1011泊松比μ0.284许用接触应力［σ］/MPa850打开NX 7.5，根据齿轮的参数在UG 中建立齿轮的几何实体，将建好的2个齿轮进行装配，装配好的齿轮模型如图1所示。
图1齿轮副的几何模型2.2UG 中建立有限元模型（1）求解器的设置将齿轮模型导入高级仿真环境，新建仿真。
在求解环境下，求解器的类型选择ANSYS 。
分析的类型根据设计要求选取结构（图略）。
在解算方案中设定类型为非线性静力学（图略）。
在处理梁、壳、实体结构，选用稀疏矩阵求解器。
它支持实矩阵与复矩阵、对称与非对称矩阵、拉格朗日乘子，即使病态矩阵也不会造成求解困难。
（2）定义实体材料、指派物理属性定义完实体材料之后，必须进行物理属性的指派，否则在求解或写入求解文件时就显示出错。
在有限元模型环境下设置材料属性，接着创建物理属性，选择实体SOLID1，其他项默认，最后单击网格捕集器，默认单元拓扑结构的各个选项设置内容，默认物理属性的类型。
ug齿轮有限元接触应力设置
ug齿轮有限元接触应力设置UG齿轮有限元接触应力设置齿轮是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
在齿轮传动过程中，接触应力是一个重要的参数，它直接影响着齿轮的使用寿命和工作性能。
为了准确地评估齿轮的接触应力，并提高齿轮传动的可靠性和效率，有限元分析是一种常用的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，可以有效地模拟和分析复杂的结构和系统。
在齿轮有限元分析中，通过将齿轮的几何形状、材料性质和工况等参数输入到有限元软件中，可以得到齿轮在不同工作条件下的应力分布和变形情况。
在进行有限元分析之前，需要进行几个重要的设置，其中包括齿轮的几何建模、材料模型和加载条件等。
对于齿轮的几何建模，可以采用三维实体模型或二维轴对称模型，具体选择取决于实际情况和计算效率的要求。
在建立几何模型时，需要准确地绘制齿轮的齿形，以及确定齿轮的齿数、模数等重要参数。
材料模型是有限元分析中的另一个重要设置，它决定了材料在受力情况下的应力应变关系。
对于齿轮材料的选择，常见的有钢材、铸铁等。
在有限元分析中，可以根据齿轮材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等，选择相应的材料模型进行建模。
加载条件是有限元分析中的第三个重要设置，它描述了齿轮在使用过程中的工作条件。
对于齿轮传动，常见的加载包括轴向力、径向力和扭矩等。
在有限元分析中，可以将这些加载作用于齿轮的不同位置，模拟实际工作中的应力情况。
有限元分析的结果可以通过有限元软件进行后处理，得到齿轮的应力分布图、等值应力云图等。
根据这些结果，可以评估齿轮在不同工作条件下的接触应力，并进行相应的优化设计。
例如，如果发现齿轮某些部位的接触应力过大，可以通过调整齿轮的几何形状或材料参数，来降低接触应力，提高齿轮的使用寿命。
需要注意的是，在进行有限元分析时，应该合理选择网格大小和边界条件，以保证计算结果的准确性和可靠性。
此外，还应注意对齿轮的边缘效应进行处理，避免边缘处应力集中导致的齿轮失效。
ANSYS齿轮接触应力分析案例
ANSYS齿轮接触应力分析案例案例描述：假设我们有一对啮合的轮齿，其中一只轮齿为主动轮齿，另一只轮齿为从动轮齿。
主动轮齿的齿数为20，模数为2，齿宽为10mm，从动轮齿的齿数为40，模数为2，齿宽为20mm。
齿轮的材料为钢材，应用于汽车传动系统。
分析步骤：1.建立齿轮的几何模型：在ANSYS中，可以通过创建参数化几何体来准确描述齿轮的几何形状。
根据给定的参数，创建一对齿轮的三维模型。
2.网格划分：对齿轮的几何模型进行网格划分，将其离散化为许多小的单元。
ANSYS提供了多种网格划分工具和方法，可以选择适合问题的方法进行网格划分。
3.定义材料属性：为齿轮指定材料属性，包括杨氏模量、泊松比和屈服强度等。
根据齿轮的材料属性进行模拟的时候，可以更准确地预测齿轮的应力分布。
4.定义边界条件：为了模拟齿轮的实际工作状态，需要定义边界条件。
例如，可以将主动轮齿固定在一个端点，并施加适当大小的转矩作用在从动轮齿上。
5.施加加载：在模拟中，需要施加一定大小的加载来模拟实际工况。
在这个案例中，可以施加适当大小的转矩来模拟传动系统的工作。
6.运行分析：完成所有模型参数的定义和加载的设置后，可以使用ANSYS的求解器来进行数值分析。
求解器将根据所定义的模型参数和加载条件，计算出齿轮接触应力的分布情况。
7.结果分析与优化：分析完成后，可以通过分析结果来评估齿轮的性能。
可以使用ANSYS的后处理工具来可视化接触应力的分布情况。
对于不满足要求的部分，可以进行优化设计。
通过以上步骤，可以建立一个对齿轮进行接触应力分析的模型，并通过ANSYS进行数值模拟和分析。
这样可以更好地了解齿轮在工作条件下的应力分布情况，并提供优化设计的参考。
基于UG及ANSYS的某行星轮系的参数化建模与应力分析
基于UG及ANSYS的某行星轮系的参数化建模与应力分析杨丽萍【摘要】针对某减速器中行星齿轮设计建模效率低、齿轮工作过程中易出现疲劳失效的问题,通过UG软件对行星齿轮进行参数化建模,然后在ANSYS Wrokbench 中对行星轮系在工作过程中所受的应力进行仿真分析,并根据分析结果提出齿轮设计及加工工艺改进的方法.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P65-67)【关键词】行星轮系;建模;参数化;静力分析【作者】杨丽萍【作者单位】贵州省机电研究设计院,贵州贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】TH132.4行星齿轮传动是一种具有动轴线的齿轮传动。
与定轴齿轮传动相比行星齿轮传动具有质量轻、体积小、传动比大以及效率高等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、矿山等领域[1]。
同时行星齿轮系通常需要长时间不间断地工作，所以对齿轮的设计及加工精度要求较高，且需要长时间承受周期性的交变应力。
失效形式主要有四种：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损和齿面胶合[2-3]。
其中轮齿折断和齿面点蚀均是由于轮齿受到交变应力产生裂纹而最终导致失效。
因此，对行星轮系齿轮进行受力仿真分析，根据仿真结果结合实际情况对齿轮结构及加工工艺进行调整，并对齿轮的工作寿命进行分析预测是十分必要的。
本文介绍的行星轮系是航天用电动舵机的一级减速装置，属于NGW型行星齿轮传动。
如图1所示，NGW型行星齿轮传动机构主要由太阳轮、行星轮、内齿圈及行星架所组成。
行星轮系的传动原理是：电机的输出轴做高速旋转，太阳轮与输出轴固定一同回转，行星轮与太阳轮啮合转动，由于内齿圈固定不动，迫使行星架绕太阳轮轴线做回转运动，行星轮在行星架上既绕各自的回转轴自转，又绕太阳轮轴线作公转[4-5]。
输出的转速和扭矩通过行星架传递给下一级减速机构。
此行星轮系中，设计参数如下：齿轮模数m=0.4，压力角α=20°，变位系数x=0，太阳轮齿数z1=17，行星轮齿数z2=31，内齿圈齿数z3=79，行星轮个数n=3，电机输出转矩为M=0.075 N·m。
采用UG_HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析
Abstract： The powerful modeling function of UG，meshing function of HyperMesh and definite element analysis function of ANSYS have been fully used based on the integration of those three software to perform the model analysis of gear shaft to obtain its low-order natural frequencies and vibration mode which provides a theoretical basis for designing gear shaft accurately and reasonably． Key words： ANSYS； HyperMesh； UG； gear shaft； model analysis
为了减小网格划分难度和降低对计算机硬件的 要求，在不影响计算结果正确性和结构动态特性的原 则下，根 据 齿 轮 轴 结 构 形 状 的 特 点，参 考 其 他 学 者 在 一些模态计算中的经验［4-7］，对齿轮轴体的倒角、键槽 等特征进行简化处理，同时将齿轮简化为直径为分度
圆的圆柱，如图 1b 所示。
和位移向量。
式（ 1） 对应的特征值方程为：
（ ［K］－ w2［M］） ｛ q｝ = ｛ 0｝
（ 2）
式中： w 为系统的固有频率。
求解特征值方程式（ 2） 就可以得到 w 和｛ q｝ ，即系
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式 中
０． ８ ４１
√
厚从 中 心 到 两 边 逐 渐 减 小 ， 以适 应 联 轴 器 两 轴 在 一 定 范 围 内 的 摆 动 和 跳 动 ， 服 由 于 轴 歪 斜 和 偏 移 而 产 生 的 齿 端 卡 克
边 现 象 ， 有 补 偿 轴 线 间相 对 径 向位 移 、 向位 移 和 角 位 移 具 轴
ｚ 一 最 小 安 全 系数 ；
Ｚ 一 尺寸系数 ； Ｚ 一 齿 面 工作 硬 化 系 数 。
２ 基 于 Ｕ 建 立 齿 轮 参 数 化 模 型 Ｇ
齿轮 材料 为 ４ Ｃ Ｍｏ 材料 的 弹性模 量 Ｅ ０ ０ ０ ／ ｍ ２ｒ ， ＝２ ６ ０ Ｎ ｍ 给定 齿轮 基本 参数 见 表 １ 。 表 １ 齿 轮 主 要 参 数 模 数
一
粗糙度系数 ； 润滑剂系数 ； 寿 命 度 系数 ；
齿 工 作 圆 切 面 上 ， 轮 的 齿 廓 曲 线 可 以 近 似 理 解 其 接 触 过 程 不 同 于 一 般 直 齿 轮 ， 接 触 是 如 ） 其
沿 着 齿 轮 的齿 高 方 向进 行 ＿ 。 ２ ］
Ｍ ｍｍ ／
压力 角
ａ （） ／ 。
２ Ｏ
齿数 Ｚ
齿 宽
ｂ｜ ｍｍ
图 １ 工 作 圆切 面上 鼓 形 齿 轮 曲率 半径 Ｒ 示 意 图
２ ．５
５ ４
２ ５
＊
作 者 简 介 ： 华 （ ９ １） 男 ， 杨 １８ 一 ， 福建 松 溪 人 。讲 师 ， 职 硕 士 研 究 生 。研 究 方 向 ： 械 工 程 及 自动 化 ， 料 加 工 工 程 。 在 机 材
中 。
Ｆ一 齿轮法向力 ； Ｅ一 材 料 弹 性 模 量 。
由 于 鼓 形 齿 轮 的 一 对 齿 之 间 有 摆 动 和 翻 转 及 复 合 运 动
１ 传 统 理 论 分 析 齿 轮 间接 触 问题
一
三 种 运 动 形 式 ， 表 面 摩 擦 力 较 大 ， 此 许 用 接 触 应 力 值 只 且 因
２１ ０ ２年 第 ２期 （ 第６ 总 ６期 ）
桂 林航 天工 业高 等专 科学校 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡｌ Ｆ Ｇ Ｌ Ｎ Ｃ Ｌ Ｇ Ｒ Ｐ Ｅ Ｔ Ｃ Ｏ ＵＩ Ｉ ＯＬ Ｅ Ｅ ＯＦＡＥ ＯＳ ＡＣ Ｅ ＨＮＯＬ ＧＹ Ｏ 机 电技 术 应 用
基 亏 ＵＧ 和 ＡＮＳ Ｓ的 Ｙ 鼓形 齿 轮 接 触 应力 分析
杨 华
／ 桂 林 电子 科 技 大学 １
廖 宏谊 屈 婧婧
材料科学与＿程学院， 西 Ｔ － 广 桂林 桂林 ５１０ 、 ４ ０ ４ ／ ５ １０ ４０４
＼ 桂 林 航 天 工 业 学院 学工 处 ， 西 ２ 广
摘 要 关键 词
论文基于 Ｕ Ｇ平 台建立鼓形齿轮模 型， 再将模 型导入 Ａ Ｓ Ｓ软件 中， ＮＹ 分析 了鼓形齿 轮在非 对 中有偏 角工作
时 的接 触 应 力 分 布 ， 结 合 实 际 ， 明 了有 限 元分 析方 法在 鼓 形 齿 轮 接 触 问 题 上 的 有 效 性 。 并 说
鼓形齿 轮； 有限元 分析 ； 接触应力 文献 标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０９ ０ ３２ １）２０６—２ １０— ３ （０２０—１１ １ ０
于 鼓 形 齿 每 个 截 面 上 的齿 形 曲线 均 为 渐 开 线 ， 各 个 基 圆 且
一
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．
半 径 均 相 等 ， 、 齿 的 渐 开 线 曲率 半 径 均 相 同 ， 形 的 外 内 外 鼓
／ ～ ／． ， 般 无 偏 转 的 情 况 下 ， 形 外 齿 在 与 直 齿 内 齿 接 触 时 ， 为 普 通 齿 轮 传 动 的 １ ４ １４ ５ 故 许 用 接 触 应 力 为 ： 鼓 Ｈ 一丁 ｐ
一
一
只 有 中间 的 齿 肚 部 分 产 生 接 触 ， 一 个 点 面 接 触 过 程 。 由 为
Ｒ一 鼓 形齿工作圆切面上曲率半径 ；
ｈ 一 接 触 时 的 有 效 齿 高
取 （． ５ ．０ ｈ ； ０ ６ ～０ ７ ）
的能力 ， 能有 效 地 避免 齿 的 尖 角 应 力 集 中 ， 以鼓 形 齿 轮 常 所 被 用 于 大 倾 角 、 变 位 、 力 矩 等 恶 劣 工 况 下 的 传 动 机 构 大 大
因此 接触 应 力 可 由 下式 得 出 ： ］
－
中 图 分 类 号 ： Ｈ１３４ Ｔ ３．
鼓形 齿 轮 是 得 到 较 广 泛 应 用 的 点 啮 合 齿 轮 ， 如 ， 拌 例 搅
机 用 鼓 形 齿 联 轴 器 外 齿 轴 的 齿 面 和 液 压 挖 掘 机 回转 驱 动 器
输 出 轴 齿 轮 齿 面 常 设 计 呈 鼓 形 ， 形 齿 的 外齿 轴 呈 鼓 面 ， 鼓 齿