基于ANSYS和SolidWorks直齿伞齿轮的虚拟设计

表1
直齿圆柱齿轮的族表
4结语
本文论述了在Pro/E Wilidfire 环境下建立直齿
圆柱齿轮三维实体模型的方法，并通过族表功能，完成了齿轮的参数化设计。

该方法实现了齿轮齿廓的精确造型，避免了相似齿轮的重复设计，提高了
齿轮的设计效率，对齿轮的进一步设计、分析、装配
和制造具有指导意义。

参考文献：
［1］詹友刚.Pro/ENGINEER 中文野火版2.0范例教程［K ］.北京：清
华大学出版社，2005.
［2］张智明，李预斌.Pro/ENGINEER 中文野火版零件设计篇［M ］.北
京：中国青年出版社，2004.
［3］魏兵，熊禾根.机械原理［M ］.武汉：华中科技大学出版社，2006.
作者简介：严明霞（1979-），女，湖北天门人，讲师，博士，2007年毕业于北京科技大学车辆工程专业，现于湖北工业大学机械学院从事教学和科研工作，研究方向：现代设计方法和虚拟样机，电子信箱：yanmingxia@.
责任编辑：于淑清收稿日期：2010－10－
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煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.32No.02Feb.2011
第32卷第02期2011年02月
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
1
SolidWorks 与ANSYS 有限元分析
使用ANSYS 进行有限元分析时，技术人员在进行三维模型的建立过程中耗费了大量的时间与精力。

由于ANSYS 自带的建模功能非常有限，只能建立一些结构简单的模型。

随着ANSYS 的应用日益广泛，在很多时候需要对非常复杂的模型进行有限元模型的建立，其需要处理的模型也越来越复杂，
ANSYS 自带的建模功能显示出很多的不足之处。

SolidWorks 作为一款三维CAD 软件，拥有强大的参
数化建模能力，可以建立非常复杂的实体模型。

如果充分利用SolidWorks 快速准确建模的特长，把在
SolidWorks 中建立好的模型导入到ANSYS 中进行
分析就可以很好地解决ANSYS 建模能力的不足。

现在，大多数的技术人员都是利用三维CAD 软件建模，通过ANSYS 与三维CAD 软件之间的图形接口将建立好的模型导入到ANSYS 中。

了解ANSYS 与
SolidWorks 之间的导入接口，能有效提高模型质量，
简化分析工作，对CAE 分析人员有着非常重要的意义。

2机械产品虚拟设计实例
齿轮传动是现代机械中最常见的一种传动形
式，渐开线齿廓齿轮具有较好的传动性能，而且便于制造、安装和测量，所以渐开线齿廓曲线是应用
最多的齿廓曲线。

在参数化设计过程中为了保证齿基于ANSYS 和SolidWorks 直齿伞齿轮的
虚拟设计
王洪智1，王
红2，商跃进
2
(1.甘肃省皋兰县交通局，甘肃皋兰730200；2.兰州交通大学机电工程学院，兰州730070)
摘要：阐述了机械产品的虚拟设计，选用SolidWorks 作为虚拟设计平台，以直齿伞齿轮为
例，进行了实体建模，把生成的伞齿轮导入到ANSYS 中，进行应力分析，得到齿轮应力集中的部位，确定了齿轮的失效部位。

关键词：虚拟设计；直齿伞齿轮；应力中图分类号：TH132；TP39
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2011）02－0224－03
Virtual Design of Straight Tooth Bevel Gear Based on ANSYS and
SolidWorks
WANG Hong-zhi 1，WANG Hong 2，SHANG Yue-jin 2
(1.Transportation Department of Gaolan County of Gansu Province,Gaolan 730200,China ；2.School of Mechatronic
Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)
Abstract ：The virtual design of machinery products is introduced.SolidWorks is selected to take as the platform of the virtual design.The straight tooth bevel gear is modeled as the example.Then the straight tooth bevel gear is imported into ANSYS and the stress is analyzed.So the position of gear stress concentration is obtained.The expiration position of gear is determined.Key words:virtual design;straight tooth bevel gear;stress
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第32卷第02期Vol.32No.02
基于ANSYS 和SolidWorks 直齿伞齿轮的虚拟设计———王洪智，等轮建模的准确性，经常需要对渐开线齿廓曲线进行
精确绘制。

伞齿轮作为渐开线齿廓齿轮中的一种，在建立实体模型时。

由于齿形及齿坯的复杂性，往往给建模人员带来很多困难，本文基于SolidWorks 三维软件中的TOOLBOX 插件，以及SolidWorks 建模的常用命令对直齿伞齿轮进行了建模。

2.1直齿伞齿轮的建模
已知：直齿伞齿轮的模数为16，压力角为20°，
齿数为38，锥角为30°，材料为20CrMnTi ，弹性模量为207GPa ，泊松比0.25。

本文基于SolidWorks 三维软件中的TOOLBOX 插件，改变参数进行建模，进行三维建模的参数修改界面如图1所示。

图1
参数修改界面
根据装配体的需要，通过拉伸凸台/基体、旋转凸台/基体、放样凸台/基体等命令，建立的直齿伞齿轮如图2所示。

图2直齿伞齿轮模型
2.2
SolidWorks 与ANSYS 的接口
将SolidWorks 中的零件或装配体存成X_T 的
形式，注意在文件命名时，一定要用英文，如spiral
bevel gear.X_T 。

在ANSYS 中的import 选para,就可
以导入了，导入后的直齿伞齿轮如图3所示。

图3
导入到ANSYS 中的伞齿轮
2.3直齿伞齿轮应力分析（1）网格划分
把导入到ANSYS 中的伞齿轮去除单一齿，以
减少网格划分时间，然后建立工作文件名和工作标题，定义单元类型和材料特性，划分网格后的图形如图4所示。

图4伞齿轮网格划分
（2）应力分析
假设伞齿轮与配对齿啮合时，齿面受力均匀，设齿面受到的传动力为180N ，应力分布如图5所示。

2.4结果分析
应力由直齿伞齿轮两端向中间逐渐增大，范围
在0到797.172MPa 之间,最大应力为797.172
MPa ，主要集中在伞齿轮根部的中间部位，从而可确
定齿轮齿根处最容易发生失效。

图5应力分布图
3结语
虚拟设计技术的不断发展，改变了机械产品的
传统设计模式，增加了人们对未成品的外观和性能的预知性，使产品能够快速响应市场，为企业创造
出更大真实存在的价值。

因此，
虚拟设计在产品设
ELEMENTS
ELEMENTS
JUN 172010
11:40:44
JUN 242010
17:24:49
Gear.x_t
Stress Analysis of Gear.x_t
x
z ELEMENT SOLUTION STEP=1SUB=1TIME=1
SEQV (MOAVG)DMX=.968E-04SMX=797.172
JUN 242010
17:28:02
177.149354.299531.448708.597
Stress Analysis of Gear.x_t
88.585265.724442.873620.023797.172
ELEMENT SOLUTION STEP=1SUB=1TIME=1
SEQV (MOAVG)DMX=.968E-04SMX=797.172
JUN 242010
17:29:58
177.149354.299531.448708.597
Stress Analysis of Gear.x_t
88.585265.724442.873620.023797.172
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计中的应用是十分必要的。

参考文献：
［1］陈定方，罗亚波.虚拟设计［M ］.北京：机械工业出版社，2007.［2］王国强.虚拟样机技术及其在ADAMS 上的实践［M ］.西安：西北
工业大学出版社，2002.
［3］张锁怀，李忆平，党新安.SolidWorks 零件设计实例详解［M ］.北
京：人民邮电出版社，2004.
［4］и.А.比尔格尔，Б.Ф.绍尔，Г.Б.约西列维奇.机械零件强度计算手
册［K ］.北京：机械工业出版社，1987.
［5］张朝晖.ANSYS 工程应用范例入门与提高［M ］.北京：清华大学
出版社，2004.
［6］博嘉科技.有限元分析软件—ANSYS 融会与贯通［M ］.北京：中
国水利水电出版社，2002.
［7］胡仁喜，王庆五，闫石.ANSYS8.2机械设计高级应用实例［M ］.北
京：机械工业出版社，2005.
作者简介：王洪智（1986-），辽宁凌源人，硕士研究生，主要从事机械设计及理论方面的研究，电子信箱：whzln@ .
责任编辑：于淑清收稿日期：2010－08－28
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.32No.02Feb.2011
第32卷第02期2011年02月
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引言
面对激烈的市场竞争，产品设计对企业至关重要。

创新产品的开发与研制离不开先进的设计技术，作为先进设计技术核心的CAD 技术正从传统
CAD 技术向现代CAD 技术发展。

现代CAD 技术不
再仅仅是代替手工绘图的一种工具，而是包含了产品方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真，直至工艺设计的全部过程，由二维绘图发展为今天基于特征的三维参数化和变量化造型技术。

使用三维设计技术更能反映实际产品的设计、构造及制造过程，同时利用CAD 软件对机器或机构进行虚拟装配及运动仿真分析，对设计中可能出现的问题做出预测和改进，有利于实现设计的最优化，加快产品开发的速度，提高企业市场竞争力。

在各种主流CAD 软件中，Pro/E 无疑是机械设计人员使用最广的软件之一，目前已被广泛应用于机械、模具、汽车、航空、家电和玩具等工业造型设计、制造领域。

1自动磁环绕线机简介
据不完全统计，目前全世界近80%磁环电感线
圈在中国大陆生产，而中国磁环电感线圈的70%集中在珠三角一带。

其从业人员已近270万，每年绕置磁环数量可达5千亿个，这其中绝大部分是依靠全手工或半自动化设备绕置而成。

由于对人员依赖度极高，导致磁环绕线行业存在一些无法逾越的问题：（1）由于电子行业的激烈竞争以及国内人力成本的逐步提高，一些磁环绕线企业利润已经相当微薄；（2）由于磁环绕线工作枯燥乏味，因而绕线工人流动性极大，从而造成绕线企业缺乏熟练的绕线工，这直接影响到磁环绕线效率和品质。

有鉴于此，
基于Pro/E 的自动磁环绕线机递进轮虚拟设计
与运动仿真
吴财源1，胡国清1，杨
华
2
（1.华南理工大学，广州510641；2.广州奥脉机器人有限公司，广州511450）
摘要：在Pro/E 环境中实现了自动磁环绕线机递进轮部分的设计，并进行虚拟装配及运动
仿真，缩短设计周期、降低开发成本，为自动磁环绕线机整体的设计提供了支持，也为类似的机械
CAD 系统设计研究提供一定的参考。

关键词：自动磁环绕线机；虚拟装配；运动仿真中图分类号：TP39
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2011）02－0226－03
Virtual Design and Simulation of Automatic Circular Winding
Equipment Progressive Round Based on Pro/E
WU Cai-yuan 1，HU Guo-qing 1，YANG Hua 2
（1.South China University of Technology,Guangzhou 510641,China;2.Guangzhou Automation Co.,Ltd.,Guangzhou
511450,China ）
Abstract:The virtual design and motion simulation of automatic circular winding equipment progressive round are designed under the Pro/E so as to shorten design cycles and reduce development costs,which support to the design of whole automatic circular winding equipment is given.The method is provided for the similar mechanical CAD system design.
Key words:automatic circular winding equipment ；virtual assembly ；simulation 226。