基于ANSYS的斜齿轮齿条啮合接触分析
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。
斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析
《装备制造技术》2007年第12期设计与计算!!!!"!"!!!!"!"收稿日期:2007-10-07作者简介:王宝昆(1982—),男,在读硕士研究生,研究方向:机械设计及理论。
斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析王宝昆,张以都(北京航空航天大学,北京100083)摘要:在UG/OpenGrip中的实现了渐开线以及螺旋线的设计,建立了斜齿轮的三维参数化模型,并利用AnsysWorkbench对斜齿轮进行了接触应力分析。
关键词:斜齿轮;UG/OpenGrip;ANSYS;参数化设计;FEA中图分类号:TH132.413文献标识码:A文章编号:1672-545X(2007)12-0037-02UG的CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境,但UG并没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计与制造功能。
利用UG/OpenGrip语言开发的程序,可以直接完成与UG的各种交互操作,与UG系统集成[1]。
ANSYSWorkbench整合了ANSYS各项顶尖产品,可以简单快速地进行各项分析及前后处理操作。
ANSYSWorkbench与CAD系统的实体及曲面模型具有双向连结,导入CAD几何模型成功率高,可大幅降低除错时间且缩短设计与分析流程。
笔者利用UG/NX的参数化建模技术和它所提供的二次开发语言模块UG/OpenGrip实现了成斜齿轮三维实体的参数化设计,并运用ANSYS最新的WorkBench模块实现了CAD/CAE的无缝集成,对斜齿轮进行啮合过程中接触状态进行了分析。
1渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计1.1编程思路将UG的三维参数化造型、自由曲面扫描等功能有机结合起来,采用去除材料法生成三维模型。
由于斜齿轮的齿面为渐开螺旋面,故其端面的齿形和垂直于螺旋线方向的法面齿形是不相同的,法面参数和端面参数也不相同。
在UG/OpenGrip中建模的方法是,画出端面齿形然后通过投影关系获得其法面轮廓线,再画出能表达端面齿顶圆上某一点沿轴向运动的螺旋线轨迹;然后用特征命令扫描出完成斜齿轮的齿坯,通过布尔运算获得单个齿槽,并通过环形阵列最终获得斜齿轮的完整轮齿。
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的齿轮仿真分析
基于ANSYS的齿轮仿真分析齿轮是一种常见的机械传动元件,广泛应用于工业生产中的各种机械设备中。
齿轮的工作性能直接影响着整个传动系统的性能和可靠性。
为了确保齿轮的正常工作和延长使用寿命,需要对齿轮进行仿真分析。
本文将介绍基于ANSYS软件的齿轮仿真分析方法和流程。
首先,进行齿轮的几何建模。
使用ANSYS软件中的几何建模工具,根据实际齿轮的参数进行几何建模。
包括齿轮的齿数、模数、齿宽等参数。
建立三维模型后,对齿轮进行网格划分,生成有限元模型。
接下来,进行材料属性的定义。
根据实际齿轮的材料,定义材料属性。
包括弹性模量、泊松比、材料密度等参数。
这些参数将被用于后续的载荷和刚度分析。
然后,进行齿轮的载荷分析。
齿轮在工作过程中受到来自外界的载荷作用,主要包括径向力、切向力和轴向力等。
通过ANSYS中的载荷工具,对齿轮进行载荷加载。
可以根据实际工况设置载荷大小和方向。
进行齿轮的接触分析。
齿轮的接触是齿轮传动中的重要性能指标之一、通过ANSYS中的接触分析工具,可以计算齿轮接触面上的应力分布、接触区域和接触压力等参数。
这些参数对于齿轮的寿命和工作性能有重要影响。
进行齿轮的动力学分析。
齿轮在传动过程中会产生振动和噪声。
通过ANSYS中的动力学分析工具,可以计算齿轮的振动模态、固有频率和振动幅度等参数。
这些参数对于齿轮的运行平稳性和噪声控制有重要意义。
最后,进行疲劳分析。
齿轮在长时间使用过程中,容易出现疲劳破坏。
通过ANSYS中的疲劳分析工具,可以预测齿轮的寿命和疲劳破坏位置。
通过疲劳分析结果,可以调整齿轮的设计参数,提高其工作寿命。
综上所述,基于ANSYS的齿轮仿真分析包括几何建模、材料属性定义、载荷分析、接触分析、动力学分析和疲劳分析等步骤。
通过这些分析,可以评估齿轮的工作性能,指导齿轮的设计和改进。
同时,齿轮仿真分析可以帮助优化整个传动系统的工作性能和可靠性,提高机械设备的制造水平和整体效益。
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。
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。
ANSYS齿轮接触分析案例.
齿轮的接触分析实例
(6)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系: WorkPlane>Change Actives CS to>Working Plane。 (7)建立第二个关键点。 a.从主菜单选择 Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS。 b.建立关键点2。如下图,完毕点击【OK】。
打开材料摩擦系数对话框。如下图,设置摩擦系 数为0.1。完毕点击【OK】,并退出材料属性设 置对话框。
齿轮的接触分析实例
2.5 建立齿轮面模型
(1)将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择 WorkPlane>Change Actives CS to>Global Cylindrical。 (2)定义一个关键点。 a.从主菜单选择 Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS。 b.建立关键点1。如下图,完毕点击【OK】。
(3)在下图的Element Types对话框中单击【Options】 弹出单元选项对话框,对PLANE182单元进行设 置。设置完成后点击【OK】,然后【Close】。
齿轮的接触分析实例
2.3 定义实常数 (1)从主菜单中选择Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete,打开如下图的“实 常数”对话框,点击【Add】,设置实常数单元类 型。
齿轮的接触分析实例
(14)重复以上步骤,建立其余的辅助点和关键点:按照 (10)-(13)步,分别把工作平面平移到编号为130, 140,150,160的辅助点,然后旋转工作平面,旋转角度 均为3,0,0,再讲工作平面设为当前坐标系,在工作平面中 分别建立编号为4,5,6,7的关键点,其坐标依次为 (14.513,0)、(15.351,0)、(16.189,0)、 (17.027,0)。建立完毕后的结果如下图所示:
ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析
ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种,今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。
有限元分析流程分为3大步、3小步,如下图所示。
今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。
图1 有限元分析流程一、前处理1.1 几何模型的构建本文几何模型在SolidWorks中创建,并导入workbench中,如图所示图2 齿轮对几何模型1.2 材料定义材料选用结构钢:密度:7850kg/m3,杨氏模量:2.1e11Pa,泊松比:0.31.3 有限元模型的构建有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建1.3.1 材料赋予双击瞬态动力学分析流程中的Model,进入Mechanical界面,单击项目树Geometry 下的两个零件,左下角细节框中,Material处指派steel材料1.3.2 网格划分为便于分析及收敛,对网格进行一个简单的控制:首先在左侧项目树Mesh处插入一个method,选中两个齿轮,划分方法为MultiZone;然后插入两个Size,对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制,得到了如图所示的网格模型。
图3 网格模型1.3.3 连接关系的构建连接关系包括两部分:接触和运动副,运动副可以实现齿轮的转动,接触可以实现齿轮的传力。
由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触,但默认接触为绑定接触,不符合实际情况,故直接删除,后续手动创建相应接触。
首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictional contact,接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面,目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。
摩擦系数为0.15,Normal Stiffness为1,Update Stiffness为Each iteration,Time Step Controls为Automatic Bisection。
基于ANSYS多齿轮动态接触分析[论文]
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的齿轮接触问题研究
用柔度矩阵法求解三维弹性接触问题,只需调用一次有限元法得到各接触体可能接触点对上分别作用单位力时的柔度值,就可以完成接触问题的求解。
3有限元模型对一些比较复杂的结构计算,较为有效的方法是运用有限元模型进行数值计算,来获得所需要的计算结果。
为了模拟齿轮之间的接触力的传递情况,在2个齿轮之间考虑了接触问题,采用的有限元计算软件是ANSYS。
3.1齿轮有限元建模(1)大齿轮主要参数模数:2.5nlln齿数:30材料:45钢泊松比:0.259(2)小齿论主要参数模数:2.5mln齿数:20材料:40Cr泊松比:0.277由于ANSYS在齿轮造型比较复杂,所以,利用其比较完善的数据接口,在CAXA电子图板中利用其自带的齿轮库完成齿轮造型,以IGS文件格式导入到ANSYS中。
3.2定义单元属性由于直齿齿轮可以转化为平面问题,所以选用二维4节点片面单元PLANEl82用于建立面模型。
3.3网格划分如果用智能网格划分可能无法保证分析结果的精确,可以控制轮廓线上的单元数进行智能划分,网格划分结果见图1。
图1齿轮对整体有限元模型接触处的局部网格见图2,根据划分情况可以<起重运输机械:》2008(6)看出在接触处网格足够紧密,而不会产生应力集中的部位网格较疏松。
减少了不必要的单元,大大减少了计算量。
图2局部接触处网格划分4建模中的一些问题由于接触问题是一种高度非线性问题,其处理上存在2大难点:(1)在求解问题之前,并不知道接触区域,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、边界条件和其他因素而定;(2)大多的接触问题需要计算摩擦,有几种摩擦和模型供选择,摩擦使问题的收敛变得困难。
接触问题分为2种基本类型:刚体一柔体的接触,柔体一柔体的接触。
齿轮接触问题是典型的柔体一柔体的面一面接触问题。
4.1处理界面约束的方法选择在ANSYS中,提供了4种处理界面约束的方法:(1)Lagrange乘子法;(2)罚方法;(3)啪ge法和罚方法结合;(4)增广的Lagrange法。
基于有限元法的斜齿轮齿条啮合接触分析
而 引起 接触 面 的变 形 等 因素 , 成 轮齿 的接触 造
4 2
北 方 工 业 大 学 学 报
第2 4卷
a 实 体 模 型 图 1 斜齿 轮齿 条 的模 型
b 有 限 元 模 型
1 2 确 定 接 触 区 域 .
端 面压力 角.
斜齿 轮齿 条的轮 齿是逐 渐进 入啮合 和脱 离
齿 轮齿条 标准 安 装 , 处 a 一a 则 由斜 齿 此 , 轮 齿 条 的 重 合 度 计 算 公 式 得 重 合 度 约 是 2 1 7 由此 可知斜 齿轮齿 条最 少有 2对轮 齿 同 . 5.
S l wo k i lt n有 限元 软 件 , 据 齿 轮 oi rsSmuai d o 根
齿 条 的啮合原 理确定 最恶 啮合 工况 时 的接 触线 和 接触 区域 , 合接 触分析 计算 原理 , 结 采用 有 限
表 1 齿 轮 齿 条 的基 本 参 数
收稿 日期 :0 10—4 2 1 -50 第一 作 者简 介 : 小 勇 , 士 研究 生. 究 方 向 : 械 电 子 郑 硕 研 机
所 示.
理论 , 但他 们 通 过建 立 一对 二 维齿 轮 的不 同 啮
合 工况计 算 齿 轮 的接 触 应 力 . 文通 过 S l — 本 oi d
wok 软件 建 立 比较 精 准 的斜 齿 轮 齿 条 C rs AD
模 型.应 用 与 S l wok oi r s具 有 无 缝 接 口 的 d
第2 4卷第 1期
21 0 2年 3月
北 方 工 业 大 学 学 报
J NORTH . CH I NA NI OF TECH. U V.
V o .2 o. 1 4N 1
【2019年整理】ANSYS齿轮接触应力分析案例
Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS。 b.建立关键点1。如下图,完毕点击【OK】。
齿轮的接触分析实例
(3)定义一个点作为辅助点。 a.从主菜单选择
Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS。 b.建立辅助点110。如下图,完毕点击【OK】。
击【OK】。
齿轮的接触分析实例
c. ANSYS提示是否删除原来的线,选择【Delete】,点击 【OK】。
(18)偏移工作平面到总坐标系的原点: WorkPlane>Offset WP to>Global Origin。
(19)将工作平面与总体坐标系对齐: WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian。
选择”Copied”,如下图。镜像结果。
齿轮的接触分析实例
齿轮的接触分析实例
(23)把齿顶上的两条线粘起来。 a.从主菜单选择
Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines。 b.选择齿顶上的两条线,点击【OK】。 (24)把齿顶上的两条线加起来,成为一条线。 a.从主菜单选择
(5)从主菜单中选择Preference命令,在对 话框中选择“Structural”复选框,单击 【OK】按钮。
齿轮的接触分析实例
2. 2 定义单元类型
(1)从主菜单中选择Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,打开“Element Type”对话 框,单击【Add】。
基于ANSYS Workbench的齿轮齿条系统模态分析
基于ANSYS Workbench的齿轮齿条系统模态分析作者:马海龙来源:《中国科技纵横》2016年第18期【摘要】齿轮齿条传动模态分析研究的主要内容是确定齿轮齿条部件的振动特性(固有频率和主振型),它们是承受动载荷结构设计中的重要参数。
由于系统的固有特性表明了在哪些频率下结构会产生共振以及在各阶频率下结构的相对变形,因此对于改善结构动态特性具有重要意义。
由模态分析就可判断出齿轮的转速是否合理,这样可以确定齿轮与齿轮转速合理匹配,进而避开其固有频率。
【关键词】齿轮齿条模态分析 ANSYS Workbench 共振1引言模态分析是用来分析、确定系统振动特性的一种动力学分析技术。
振动特性包括固有频率、振型等。
在进行结构设计时可以利用模态分析避免共振,还可以为其他动力学分析模块提供求解控制参数,如时间步长等。
在准备进行其他动力学问题之前首先要进行模态分析,模态分析是最基础的内容。
2模态分析基本概念和理论模态的定义是结构在进行自由振动时所具有的振动特性。
结构本身的物理几何特性和材料属性决定着自身的模态,结构模态与外部是否添加载荷无关。
进行模态分析时可以有两种方法:(1)理论模态分析,它的基础是线性振动理论。
主要方法是利用有限元方法对所研究的结构进行离散,建立数学模型,求解系统特征值和特征向量,即求得系统的固有频率和固有振型。
(2)实验模态分析,又叫模态分析的实验过程。
首先,利用实验测得结构的激励和响应时间,运用数字处理技术求得频响应函数。
然后运用参数识别方法得到系统结构模态参数。
3齿轮齿条系统模态分析有限元建模3.1齿轮齿条有限元模型的建立及材料的定义利用UG软件建立三维模型以后,以x_t 格式导入到 ANSYS Workbench 12.0中,得到在ansys中的齿轮齿条装配模型。
在Geometry菜单中给齿轮齿条进行切片,为下面的局部网格划分打下基础。
对模型的材料进行定义,在Engineering Data菜单中添加新材料,齿轮齿条采用的材料选用40Cr,40Cr作为为中碳合金结构钢,经调质并高频表面淬火后,可制作要求较高的表面硬度及耐磨性并带有一定冲击的零件,如齿轮、轴、连杆等。
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。
基于有限元法的斜齿轮齿条啮合接触分析
齿轮齿条是一种较为 在 现 代 机 械 传 动 中 , 常见 的 传 动 形 式 , 其承载能力主要受接触强度 和弯 曲 强 度 的 限 制 . 斜齿轮齿条相对直齿轮齿 加载 和 卸 载 逐 渐 进 行 , 传 动 平 稳, 冲击 条而言 , 但斜齿轮齿条的啮合受力相 振动 和 噪 音 较 小 . 对较为复杂 , 使强度的校核计算变得比较困难 . 顾守丰等 人
[ 1]
元法 , 计算齿轮齿条最恶啮合工况时的弯曲应 力和 接 触 应 力 , 且通过经验公式计算值与有限 元法 计 算 值 的 比 较 , 以确定有限元法计算的准 确性和所采用计算方法的可行性 .
1 有限元模型的建立
1. 1 创建实体模型 斜齿轮齿条实体模型的几何参数源自某升 降工作台传动系统 , 见图 1 和 表 1. 斜齿轮的齿 廓曲 面 是 一 渐 开 线 螺 旋 面 , 建模的关键是确定 过渡线和螺旋线 . 齿条的齿廓曲 精确的渐开线 、 面是 一 渐 开 线 曲 面 , 建模的关键是确定精确的 [ 渐开线和过渡线 . 根据文献[ 中构造渐开 4] 5] 线、 过渡线和螺旋线的方法 , 我们在 S o l i d w o r k s 中建立了较 为 精 确 的 斜 齿 轮 齿 条 模 型 , 如图1 所示 .
将接触问题转化为静力承载问
[ 2]
通过确定最恶加载线和等效载荷的方法计 题, 算斜齿轮的接 触 应 力 和 弯 曲 应 力 ; 薛军等人 应用 线 性 接 触 理 论 , 建立三维有限元模型模拟
3] 齿轮齿条的接 触 ; 曹 宇 光 等 人[ 也是应用接触
但他们通过建立一对二维齿轮的不同啮 理论 , 合工况计算 齿 轮 的 接 触 应 力 . 本文通过 S o l i d - w o r k s软件建 立 比 较 精 准 的 斜 齿 轮 齿 条 C A D 模 型. 应用与 S o l i d w o r k s具有无缝接口的 根据齿轮 S o l i d w o r k s S i m u l a t i o n 有 限 元 软 件, 齿条的啮合原理确定最恶啮合工况时的接触线 和接触区域 , 结合接触分析计算原理 , 采用有限
基于ANSYS的斜齿轮接触有限元分析_凡增辉
y = ? rbsin( tBtan B/ rb)
( 7)
z = tB 式中 H ) ) ) 渐开线在在 K 点的滚动角
H= Hk + Ak Ak ) ) ) 压力角
Hk ) ) ) 展角, Hk= tan Ak- Ak rb ) ) ) 基圆半径 b )) ) 齿宽 t ) ) ) 参数, 0 [ t [ 1 基于 Pro/ E 的参数化建模功能[ 3] , 利用以上方程, 实现斜齿轮的的参数化精确造型。在斜齿轮接触分析 中, 由于考虑到单齿模型不能完全表示斜齿轮啮合的 状况, 运算结果不能准确反映接触变形与应力, 而全齿 模型的单元数量又太大, 影响分析的效率与时间。综 合考虑, 基于圣维南原理, 生成如图 1 所示的 5 对齿啮 合的三维模型。 2. 3 啮合齿轮副接触有限元模型的建立 (1) 定义单元属性 在有限元模型建立中, 首 先需要定义合适的单元属性, 包括单元类型、单元实常 数、材料属性等。
分离状态
r2ij =
r
1 ij
=
0
(j= n, t)
( 4)
式中 L ) ) ) 齿面摩擦因数
Din ) ) ) 齿面接触点 i 在法向方向的初始间隙
Dit ) ) ) 齿面接触点 i 在切向方向的初始间隙
Rit ) ) ) 齿面接触点 i 在切向方向的接触力
Rin ) ) ) 齿面接触点 i 在法向方向的接触力
图 2 轮齿部分的网格细化
实体单元 Solid185 只
有沿 3 个坐标轴移动自由
度, 无转动自由度, 且缺省
情况下节点坐标系与总体
笛卡尔坐标系平行。为了
施加 主动力矩, 将主动力
矩转化为齿轮内圈上的切
向力, 在齿轮转动中心轴
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文华学院
学生毕业设计(论文)任务书
(2015年11月20日至2016年5月20日)
学部(系):机电学院机械系专业班级:机电124班学生姓名:雷国安指导教师:孟超莹
一、毕业设计(论文)题目
基于ANSYS的斜齿轮齿条啮合接触分析
二、毕业设计(论文)的主要内容
1.设计确定斜齿轮齿条的基本结构尺寸;
2.分析斜齿轮齿条的受力;
3.用pro/E软件或者ANSYS软件完成斜齿轮齿条的三维建模;
4.用ANSYS软件对斜齿轮齿条进行静力学分析。
三、毕业设计(论文)的进度安排及任务要求
阶段工作内容时间备注
第一阶段查阅有关资料、外文翻译、开
题报告
2015.11.20~2016.01.10
第二阶段设计确定齿轮齿条的基本结构
尺寸,并对其进行受力分析计
算
2016.02.29~2016.03.20
第三阶段用pro/E软件或者ANSYS软件
进行齿轮齿条的三维建模
2016.03.21~2016.04.03
第四阶段用ANSYS软件对齿轮齿条进行
静力学分析
2016.04.04~2016.04.17
第五阶段写毕设论文2016.04.18~2016.05.09 第六阶段修改论文、答辩2016.05.10~2016.05.20
四、同组设计者
无
五、主要参考文献(不少于10篇)
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指导教师(签名):
20 年月日
系(专业)负责人(签名):
20 年月日
(说明:任务书由指导教师负责填写。
一式3份,学部教务、指导教师、学生各存1份)。