齿轮弯曲应力的有限元分析
半轴齿轮的ABAQUS有限元模拟实验
Vol. 33,No. 1Mar. 2021第33卷第1期2021年3月河南工程学院学报（自然科学版）JOURNAL OF HENAN UNIVERSITY OF ENGINEERING 半轴齿轮的ABAQUS 有限元模拟实验徐滨（合肥职业技术学院机电工程学院，安徽合肥238000 ）摘要：车桥半轴齿轮是差速器的重要组成部分,在差速器工作中扮演着十分重要的角色。
针对断裂的半轴齿轮进行断 口形貌、成分及硬度分析，并结合有限元模拟分析齿轮失效的原因。
结果表明：齿轮渗碳层厚度约0.8 mm,渗碳层显微组织主 要为硬度较高的针状马氏体和部分残留奥氏体，硬度达785. 1 N/mm 2 ,表面硬化处理与渗碳处理基本符合工况要求。
通过 ABAQUS 模拟发现半轴齿轮最易断裂处位于齿根最靠近边角的部位，与实际工况吻合。
关键词:半轴齿轮;模拟分析;失效分析;ABAQUS中图分类号:TB115 文献标志码:A 文章编号= 1674 - 330X （2021 ）01 -0059 - 03ABAQUS finite element simulation analysis of half shaft gearXU Bin（School of Mechanical and Electrical Engineering , Hefei Polytechnic University, Hefei 238000, China ）Abstract : Axle gears are an important part of the differential mechanism , and play a very important role in the work of the differ ential mechanism. In this paper, the morphology analysis , composition analysis and hardness analysis of the fractured half-shaft gear are earned out, and the cause of the gear failure is analyzed in conjunction with the finite element simulation analysis. The results show that the thickness of the carburized layer of the gear is about 0. 8 mm. The microstmcture of the carburized layer is mainly needle- shaped martensite with higher hardness and part of retained austenite. The hardness reaches 785. 1 N/mm 2. The surface hardening treatment and carburization treatment are basically meet the requirements of working conditions. Through ABAQUS simulation , it is f （）uncl that the most easily broken part of the half-shaft gear is located at the lowermost comer of the tooth root , which is consistent with the actual working condition where the fracture occurs.Keywords ：half-shaft gear ； simulation analysis ； failure analysis ； ABAQUS差速器的精度和可靠性是国内研究的难点。
不同材料齿根弯曲应力
不同材料齿根弯曲应力不同材料齿根弯曲应力的研究在机械工程领域中具有重要的意义。
在设计和制造机械零部件时，了解材料的弯曲应力特性可以帮助工程师选择合适的材料，并优化设计，以确保零部件的稳定性和安全性。
首先，我们来介绍一下什么是齿根弯曲应力。
齿轮是一种常见的机械传动装置，它们由齿根和齿面组成。
齿根是齿轮中齿槽的底部，负责传递力量和承受载荷。
当齿轮在工作过程中受到外部载荷作用时，齿根会发生弯曲变形，产生齿根弯曲应力。
这种应力会改变齿根的形状和尺寸，并对齿轮的功能和寿命产生影响。
不同材料的齿根弯曲应力特性是由材料的物理和力学性质决定的。
常见的材料包括钢、铸铁、铝合金等。
钢具有良好的强度和韧性，能够承受较大的载荷和应力，因此在高负荷和高速传动系统中广泛使用。
铸铁具有较高的硬度和刚性，适用于中等负载和速度传动系统。
铝合金由于其轻质和良好的加工性能，常用于低负载和低速传动系统。
在研究齿根弯曲应力时，除了材料的选择，还需要考虑齿轮的几何形状和加载条件。
齿轮的模数、齿数、跨距等参数会直接影响齿根弯曲应力的大小和分布。
此外，加载条件，例如扭矩、转速和工作温度等因素也会影响齿根弯曲应力的产生和传递。
为了准确评估不同材料的齿根弯曲应力，工程师可以使用数值模拟和实验测试方法。
数值模拟利用有限元分析等计算方法，可以预测不同加载和材料条件下的齿根弯曲应力分布。
实验测试则通过构建试验样品，应用加载并使用应变测量设备来测量齿根弯曲应力。
通过对模拟结果和实验数据的对比分析，可以验证模拟方法的准确性和可靠性。
最后，根据不同材料齿根弯曲应力的研究结果，工程师可以根据具体应用需求选择最合适的材料，并对齿轮的设计进行优化。
例如，当工作条件要求较高的强度和寿命时，选择钢材料，合理调整齿轮的几何参数，以增加齿根弯曲应力的承载能力。
而当要求轻质、高效或成本低廉时，可以选择铸铁或铝合金材料。
总之，不同材料的齿根弯曲应力研究为机械工程领域的设计优化和材料选择提供了重要的指导。
变速器斜齿圆柱齿轮弯曲强度有限元分析
上 划 分 网格 ． 对 轮齿 啮合 区和 最 不 利 加 载 位 置 的 确定 进 行 了 讨 论 和 求 解 ． 并 比较 了 不 同 的齿 根 圆角 半 径 对 轮 齿 弯 曲
强 度 的影 响 。
主 题词 ： 变 速器 斜齿 圆柱 齿轮
弯 曲强度 有 限元分 析
中图分 类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ２ １ ２ ￣ ． ４ ２ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ０ — ３ ７ ０ ３ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ ０ ３ ７ — ０ ３
ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｉ ｎ ＵＧ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ— ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ，ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｈ ｅ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｅ ａ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ＡＮＳ Ｙ Ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ ｍｅ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ
１ ． １
根 据渐 开线 的形成 原 理可 知渐 开线 的极 坐标方
程为： ．
用 有 限元 法对 斜齿 圆柱 齿 轮进行 强度 分 析可 以综合 考 虑齿 轮参 数 ．全 面掌 握 齿轮 的受 力 状况 和应力水
｛ 『—
—
基于有限元法的滚切外齿轮齿根应力分析
维普资讯
第 ｌ期
２０ ０ ８年 １月
文章编号 ：０ １ ３ ９ （ ０ ８０ — ０ ９ ０ １０ ～ ９ ７ ２０ ）１ ０ ２ — ２
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈｉ ｅ ｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｎ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ 一２ 一 ９
参 考文 献
１丁晓红 ， 国杰等 ． 李 薄板结构 的加强筋 自适应成长设计 法． 中国机械工 程 ，０ ５ １ （２ ：０ ７ １６ ． ２ ０ ，６ １ ） １５ — ０ ０
基于有限元法的齿轮齿条动态应力分析
模型， 进行接 触 应力 的静力 学求 解 ， 并介绍 了算法 原 理 。说 明 了新 的接 触 单元 法 的精确 性 、 有
效性和 可 靠性 。 关 键 词 ： 限 元 ；直 齿 轮 齿 条 ；动 态 应 力 有
中图分 类号 ： ＴＨ１ ２ ４ ３． １
文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ： ６ ４１ ７ （ ０ ８ ０ —２ ５０ １ ７— ３ ４ ２ ０ ）３０ ７ —４
』 ：
基 于 有 限 元 法 的 齿 轮 齿 条 动 态 应 力分 析
薛 军 ， 孙 宝 玉Ｈ ， 辛宏 伟 。 张建 国 ， 吴 澜 涛 ，
（ ． 春 工业 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 林 长 春 １长 吉 １０１ ； ３ ０ ２ １０１ ； ３ １ ７ １０ ３） ３０ ３ ２ 中 国 人 民解 放 军装 甲兵 技 术 学 院 机 械 工 程 系 ， 林 长 春 ． 吉
ｅｅ ｅ ｔ ｈ ｏ ｇ Ａ ＱＵＳ， ｗｅ ｃ ｒ ｙ ｏ ｔ ｔ ｅ ｓａ ｉ ｏｕ ｉｎ ｏ ｈ ｏ ｔ ｃ ｔｅ ｓ ｎ ｉｅ ｔ ｅ ｌｍ ｎ ｓｔ ｒ ｕ ｈ ＡＢ ａ ｒ ｕ ｈ ｔ ｔ ｓ ｌ ｔ ｓ ｆ ｒ ｔ ｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｓｒ ｓ ，ａ ｄ ｇｖ ｈ ｃ ｏ
ａ ｇ ｒｔ ｌ ｏ ｉｈｍ ｉ ｃｐｌ． Ｉ ｓ ｓ ｏｗｎ ｔ ｔｔ ｈ ｗ ｏｎ ａ ｔ ｕｎ ｔｍ ｅ ｈ ｓａ ｃ ｒ ｔ ａ ｉ ｄ ｅ ｆ ｃ ｉ ． ｐｒｎ ｉ ｅ ｔｉ ｈ ｈａ ｈｅ ｔ ｅ ｎｅ ｃ ｔ ｃ ｉ ｔ ｏｄ ｉ ｃ ｕ ａ ｅ ｖ ｌｄ ａｎ ｆ ｅ ｔｖｅ
有限元分析大作业
《有限元分析及应用》大作业——齿根弯曲应力计算报告班级：无可奉告姓名：无可奉告学号：无可奉告指导老师：无可奉告目录目录 (2)1.概述 (3)1.1工程问题描述 (3)1.2问题分析 (3)2.建模过程 (4)2.1几何建模 (4)2.2CAE网格划分与计算 (5)2.3后处理 (8)3.多方案比较与结果分析 (9)3.1多方案比较 (9)3.2结果分析 (11)1.概述1.1工程问题描述我在本次作业中的选题为齿根弯曲应力的计算与校核。
通过对机械设计的学习，我们可以知道，齿轮的失效形式主要是齿面接触疲劳和齿根弯曲断裂，而闭式传动硬齿面齿轮的失效形式以齿根弯曲断裂，这个时候进行齿根弯曲应力的校核才比较有意义，在设计问题的时候应当选取这种类型的算例。
设计计算的另一个主要思路是将有限元计算的结果与传统机械设计的结算结果进行对比，以从多方面验证计算结果的准确性。
综上，我们最终选取了《机械原理》（第三版）P50例3-1中的问题进行校核计算。
已知起重机械用的一对闭式直齿圆柱齿轮，传动，输入转速n1=730r/min,输入功率P1=35kW，每天工作16小时，使用寿命5年，齿轮为非对称布置，轴的刚性较大，原动机为电动机，工作机载荷为中等冲击。
z1=29，z2=129，m=2.5mm，b1=48mm，b2=42mm，大、小齿轮均为20CrMnTi，渗碳淬火，齿面硬度为58~62HRC，齿轮精度为7级，试验算齿轮强度。
齿面为硬齿面，传动方式为闭式传动。
根据设计手册查出的许用接触应力为1363.6Mpa，计算结果为1260Mpa，强度合格。
根据设计手册查出的许用弯曲应力为613.3MPa，计算结果为619Mpa，强度略显不够。
1.2问题分析大小齿轮啮合，小齿轮受载荷情况较为严峻，故分析对象应当为小齿轮。
可以看出，由于齿轮单侧受载荷，传动过程中每个齿上载荷的变化过程是相同的，故问题可被简化为反对称问题，仅需研究单个齿。
高重合度齿轮应力场有限元分析_尹刚
第33卷第7期重庆大学学报Vo l.33No.72010年7月Jour nal of Cho ng qing U niv ersity Jul.2010文章编号:1000-582X(2010)07-053-04高重合度齿轮应力场有限元分析尹 刚(重庆大学资源及环境科学学院;西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室,重庆400044)摘 要:基于弹塑性接触有限元理论,建立了高重合度齿轮副的三维静态有限元分析模型,运用牛顿-拉普森方法进行求解,得到了高重合度斜齿轮接触应力沿接触线的分布状态。
通过实例分析了啮合数对齿间载荷分配系数的影响,研究了不同摩擦系数时摩擦应力的分布状态。
对有限元分析结果与H er tz 公式计算值对比显示,前者计算的最大接触应力小于H ertz 应力。
运用分块Lanczos 法分析了小齿轮的模态,计算了低阶固有频率和主振型。
关键词:齿轮;接触分析;应力分布;有限元;固有频率 中图分类号:T H 132文献标志码:AFinite element analysis of high contac-t ratio gear stress fieldYIN Gang(Co lleg e of Resources and Environmental Sciences;Key Laboratory for the Ex plo itation of Southw est Resources and the Environmental Disaster Co ntro l Engineering ,M inistry of Education,Chongqing University,Cho ng qing 400044,P.R.China)Abstract:Based o n the elastic co ntact finite element method(FEM ),thr ee -dimensional static contact model of high -contact -ratio g ears is established.T he New ton -Raphso n(NR)m ethod is used to g et the contact stress.Load distribution factor o f g ear teeth and the influence of differ ent friction co efficients w ere achieved by the parison w ith H ertz co ntact stress,the m ax imum co ntact stress is less than H ertz stress.Natural frequencies and m ajo r m odes of the gear are calculated by the Lanc20s metho d,and the results prov ided theoretical basis fo r the desig n and application of helical invo lute g ear.Key words:g ears;contact analy sis;stress distribute;finite element method;natural fr equency 高速齿轮传动具有重合度大、转速高等特点,其强度较普通齿轮受更多因素的影响,传统的半经验半公式的强度计算方法很难真实反映齿面受力的真实情况,随着有限元分析技术(FEA )的发展,不少学者致力于齿轮副力学分析数值化的研究,如文献[1]考察了高速行星传动内齿圈的应力分布,文献[2-4]讨论了齿轮副有限元仿真分析的建模方法,文献[5]分析了宽斜齿轮的应力分布,相关的研究多证明有限元方法的可靠性,直观地给出了齿面应力分布状态。
ansys分析齿轮报告
ANSYS分析齿轮报告引言本报告旨在使用ANSYS软件对齿轮进行分析，并对分析结果进行详细讨论。
齿轮是机械传动中常用的元件，其主要功能是将动力从一个轴传递到另一个轴。
在设计和制造过程中，通过分析齿轮的性能和行为，可以有效提高其可靠性和工作效率。
分析目标本次分析的目标是评估齿轮的强度和变形情况。
通过ANSYS软件的力学分析功能，我们将使用有限元方法来模拟齿轮的工作过程，包括载荷、应力和变形等方面的分析。
模型建立在进行分析前，首先需要建立齿轮的三维模型。
我们选择使用ANSYS提供的建模工具，根据实际参数和几何形状进行建模。
在建模过程中，我们需要确定齿轮的模量、模数、齿数等参数，并考虑到齿轮的几何特征，如齿侧间隙、齿顶高度等。
材料属性齿轮的材料属性对其性能至关重要。
根据实际需求，我们选择了一种合适的材料，并在ANSYS中设置其材料属性。
常见的齿轮材料包括钢、铸铁等，其材料参数如弹性模量、泊松比等需要根据实际情况进行设置。
载荷设定在齿轮的工作过程中，承受的载荷是十分重要的。
在ANSYS中，我们可以通过施加力、扭矩或压力等载荷方式来模拟齿轮的实际工作情况。
合理的载荷设定可以更准确地分析齿轮的受力情况。
分析过程在进行齿轮的分析过程中，主要涉及到强度分析和变形分析两个方面。
强度分析强度分析是齿轮设计中重要的一部分。
在ANSYS中，我们可以使用有限元分析方法来计算齿轮的应力分布和疲劳强度。
通过合理的载荷设定和材料属性设置，可以得到齿轮在工作过程中的最大应力和应力分布情况。
变形分析变形分析是评估齿轮变形情况的重要手段。
在ANSYS中，我们可以通过施加约束和载荷来模拟齿轮的变形行为。
通过分析齿轮的变形情况，可以判断其运动精度和工作可靠性。
分析结果根据ANSYS的分析结果，我们得到了齿轮的应力分布图和变形图。
通过对结果的分析，我们可以得出以下结论：1.齿轮的应力集中区域主要集中在齿根和齿顶部分，这可能导致齿轮在高载荷下的疲劳破坏。
斜齿轮接触应力的有限元分析
Ｚ１２
Ｉ＿９８×ｌ ５０ｏ １．９Ｏ×１ ２５０
３９ ３７
２００
２ｌ／２ｌ
１９５／１９５ ２２，２２
２００ ２００
２．ｏｏ×１ ５００ ３５
ｌ９０，１９０ ２３，２３
关键词 ：ＳｏｌｉｄＷ ｏｒｋｓ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 接触应 力 有限元
中图分 类号 ：ＴＨ１３２．４１３
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１６７２—１１５２（２０１６）０１—００１２－０２
齿轮传 动是机械传 动中最重要 的传动之一 ，形
式很多 ，应用广泛 ，但 同时也是最容易出现故障的部 件ｎ］。在众多的机械设备故障中，齿轮失效就 占据了
状态对应不同的协调方程 ，确定其接触对应条件就
会产 生 唯一 的解 。
黏结状态下对应 的协调议程为：
Ａ
Ｂ
Ａ
Ｂ
Ａ Ｒ
Ｒ１ ＋ ２ ＝０，Ｕ１ ＝ｕ２ ，Ｕ１ ＝ｕ２ ．
（３）
分 离状 态对 应 的协调 议程 为 ：
Ａ
Ｂ
Ａ
Ｂ
Ｒ１ ２ ＝０，Ｒｌ ＝ ２ ＝０．
（４）
２８０
１．９５× １ ２５０
Ｚ８０ ２．４５× ｌ ０００
３９ ３６
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。
双压力角齿廓齿轮齿根弯曲应力有限元分析
双压力角非对称齿廓渐开线齿轮和对称渐开线齿轮在单 齿啮合 区时和双齿 啮合 区的应 力场 以及位 移场进行 了计
算； 有限元 分析 软件计算所得 的轮齿位移场和应力场与实 际情况相符 ， 而且 与常规解析法 计算结果 变化趋势 基本
一
致。
关键词 ： 双压力角非对称 齿廓 ； 弯曲应力 ； 限元分析 有
ｔｏ ｈ ｐ ｏ ｌ ｔ ｏ ｂ ｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｌ ｓ ａ ｄ ｉ ｖ ｌｔ ｅ ｒ ｓｗ ｌ ａ ｈ ｙ ｏ ｔ ｒ ｆ ｅ ｗｉ ｄ ｕ ｌ ｒ ｓｕ ｅ ａ ｇｅ ｎ ｏｕ ｅ ｇ ａｓ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｍｍｅｒ ａ ｎ ｏ ｕｅ ｇ ａ ｓ ｏ ｗ ｉ ｅ ｅ ｔｔｏｈ ｉ ｈ ｎ ｓ ｔｉ ｌｉｖ ｌ ｔ ｅ ｒ ｆｔ ｏ ｄ ｆ ｒ ｎ ｏ ｔ ｃ
Ｄｅ ｎ ｕｈ Ｄｏ ｂｌ ｅ ｓ ｅ Ａｎ ｌ ｓ
ＷＵ ｏ ｇ Ｐ Ｚｈ ｎ ， ＡＮＧ Ｘｉｏ—ｈ ｎ ａ ｏｇ
（ ． ｅｍｌｓＴ ｂ ｌｎ ｔ ｌ ｎ ｎ Ｃ ． ｔ． Ｂ ｏｏ ｔ ｌＧｏｐ Ｃ ｒ． Ｂ ｏ ｕ０ ４ １ ， ｅ Ｍｏ ｇ ｏ， ｈｎ ； １ Ｓａ ｅ ｕｅＰａ ｔｆＳｅ ｉ ｏ Ｌｄ ｏ ａ ｔ Ｓｅ （ ｒｕ ） ｏ ， ａｔ １０ ０ Ｎ ｉ ｎ ｇ ｌＣ ｉａ ｓ ｏ ｅＵ ｏ ｆ ｕ ｅ ｐ ｏ ２ Ｄ ｓ ｎ ａ ｄＲ ｓ ｒ ｎｔｕ Ｂ ｏｏ ｔ ｌＧｏｐ Ｃ ｒ． Ｂ ｏ ｕ０ ４ １ ， ｅ Ｍｏｇ ｏ， ｈｎ ） ． ｅｉ ｎ ｅ ａｃ Ｉｓｔｔ ｏ ａ ｔｕＳｅ （ ｒｕ ） ｏ ， ａｔ １０ ０ Ｎ ｉ ｎｇ ｌＣ ｉａ ｇ ｅ ｈ ｉ ｅｆ ｅ ｐ ｏ
有限元法 的基本思路 ： 先将计算对象离散化处
理 。并 构造适 当 的位 移 函数 ， 然后 根 据 最 小位 能 原
有限元法在齿轮研究中的应用
有限元法在齿轮研究中的应用有限元法在齿轮研究中的应用越来越广泛。
从理论上来讲，齿轮的分析和计算一直是机械工程师和设计师的主要工作之一。
有限元方法是一种计算机辅助分析和设计工具，它在研究齿轮的力学特性和设计中起到了重要作用。
本文将介绍有限元法在齿轮研究中的应用。
1、齿轮的受力分析齿轮的受力分析是研究齿轮设计和强度的重要内容之一。
利用有限元分析方法可以很好地模拟齿轮的受力情况。
在有限元分析中，将齿轮作为一个整体进行建模，将齿轮的材料特性、载荷情况、齿面接触和齿根接触等因素考虑在内，得出齿轮的应力和应变信息，用于齿轮的强度验算和设计。
2、齿轮的振动分析齿轮在传动过程中易产生振动和噪声。
通过有限元分析可以预测齿轮传动中的振动和噪声水平，并确定因素以消除或降低振动和噪声。
有限元分析不仅可以描述齿轮的振动形态和振动频率，还可以分析导致齿轮振动的因素，如齿面接触、齿根接触、齿轮轴向运动等因素，并提出相应的解决方案，如增加齿轮间隙、改善齿轮加工质量、减少齿轮轴向运动等方法。
3、齿轮的疲劳寿命分析齿轮在长期使用过程中，往往会出现疲劳裂纹，导致齿轮的故障，甚至引起事故。
有限元分析可以很好地预测齿轮的疲劳寿命。
有限元分析可以基于多种条件和载荷情况，考虑齿轮材料的疲劳特性，并通过疲劳分析确定齿轮的寿命，为齿轮设计提供支持。
4、齿轮的优化设计利用有限元分析可以较为准确地确定齿轮的极限负载，并找出影响齿轮强度和寿命的因素。
在优化设计中，选取合适的材料、减小齿面失败系数、调整齿根曲线、设计齿根和修整齿面等措施可以得到更优化的设计方案，提高齿轮的强度和寿命。
总之，有限元分析作为一种较为准确的计算工具，可以很好地模拟齿轮的受力、振动和疲劳行为，并为齿轮的优化设计提供重要支持。
随着现代科技的不断发展，有限元分析将在齿轮研究中发挥越来越重要的作用。
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。
齿轮动态啮合有限元分析
齿轮动态啮合有限元分析作者：陕西法士特齿轮有限公司孙春艳郭君宝齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动。
通常齿轮安装于轴上并通过键连接，转矩从驱动轴经键、齿轮体和轮齿最终传递到从动轮的齿轮。
在这一过程中，齿轮承受应力作用。
另外，为了润滑齿轮传动与减少齿轮传动时产生的热量，通常在齿轮轮体上开设润滑油孔(图1)。
油孔的开设位置将影响齿轮的应力及其分布，进而影响齿轮疲劳寿命。
图1中的齿轮A在实际使用过程中，经常发生油孔附近轮齿断裂的现象。
本文的目的在于计算齿轮动态啮合过程的应力分布，得到齿轮轮齿根部应力及接触应力的分布情况，从而为齿轮的结构优化提供理论依据。
传动齿轮在工作中速度高，所受载荷大，引起的应力情况复杂。
传统的齿轮强度分析是建立在经验公式基础上的，其局限性和不确定性日益突出。
有限元方法在齿轮仿真分析中的应用，提高了齿轮设计计算精度。
目前，轮齿接触有限元分析多建立在静力分析基础上，未考虑动力因素的影响。
而在齿轮轮齿啮合过程中，动力因素对轮齿的受力和变形状态会产生较大的影响，尤其在轮齿啮入和啮出时，由于轮齿受力变形，会产生较大的啮合冲击。
本文应用参数化方法首先建立齿轮轮齿的精确几何模型，然后采用动力接触有限元方法，对齿轮轮齿啮合过程中的应力变化情况进行仿真分析，得到轮齿应力在啮合过程中随时间的变化情况。
本文主要针对图1中的齿轮A和与其配对齿轮在运转过程中的应力变化情况进行有限元分析。
其主要参数为：主动齿轮齿数20，从动齿轮齿数19，模数4.5，压力角为20°，齿宽为23mm，从动齿轮上所受扭矩为400N·m。
如图2 所示，首先利用Pro/ENGINEER软件建立四齿对啮合的齿轮轮齿几何模型。
这是因为，对于重合度大于1的齿轮副，需要考虑几对轮齿同时啮合的情况，建立多对轮齿的几何模型，在此基础上划分有限元网格，如图3所示。
由于轮齿接触区域很小，需要对接触齿面的有限元网格加密。
基于ANSYS的齿轮强度有限元分析
基于ANSYS的齿轮强度有限元分析齿轮是机械传动中常用的零件，其主要功能是将动力传递给其他零件，实现机械传动系统的运转。
而齿轮的强度是其能否承受外界载荷和工作条件的重要指标，因此进行齿轮强度的有限元分析对于齿轮设计和使用具有重要意义。
ANSYS是一种广泛应用于机械工程、结构力学、流体力学和传热学等领域的有限元分析软件，它提供了强大的分析工具和功能，可以对复杂结构进行静态和动态分析，并评估其受力性能、破坏行为和变形情况。
在齿轮强度有限元分析中，ANSYS可以用来模拟齿轮的载荷作用、应力分布和变形情况，进而评估其承载能力和结构稳定性。
在进行齿轮强度有限元分析之前，需要进行齿轮的三维建模。
可以通过CAD软件（如SolidWorks）绘制齿轮的几何模型，并将其导入到ANSYS中进行后续分析。
建模时需要细致详尽地考虑齿轮的几何形状、材料属性和工作载荷等参数，以获得准确的分析结果。
接下来，可以使用ANSYS中的结构分析模块对齿轮进行有限元分析。
首先，需要进行网格划分，将齿轮模型划分为多个小网格，以便对其进行离散化处理。
然后，通过输入齿轮的材料属性、边界条件和载荷情况等参数，进行模拟和求解。
在齿轮强度有限元分析中，主要关注齿轮的应力和变形情况。
可以通过ANSYS的后处理功能，获取齿轮在工作条件下的应力分布、变形情况和承载能力等参数。
根据这些结果，可以评估齿轮的强度和稳定性，并进行必要的设计优化。
需要注意的是，在进行齿轮强度有限元分析时，应该合理选择材料模型和加载条件，以及考虑齿轮的疲劳寿命和损伤累积等因素。
同时，还应该进行误差分析，评估模型的准确性和可靠性。
总之，基于ANSYS的齿轮强度有限元分析是一种可靠、高效的方法，可以帮助工程师评估齿轮的结构强度和稳定性，为齿轮的设计和使用提供科学依据。
但是，分析结果仅作为参考，实际齿轮设计还需综合考虑其他因素，如制造工艺和可靠性等。
机械齿轮应力分析报告
机械齿轮应力分析报告机械齿轮是一种常用的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮的应力分析对于确保机械传动的正常运行至关重要。
本报告将对机械齿轮的应力分析进行详细介绍。
一、齿轮的应力分析方法1. 力学分析法力学分析法是通过使用力学原理和公式，对齿轮的受力情况进行分析。
通过计算齿轮的受力情况，可以得到齿轮的应力分布情况。
2. 有限元分析法有限元分析法是通过将齿轮分割为许多小元素，然后对每个小元素进行独立的应力分析，最后将所有小元素的应力结果综合起来，得到齿轮的整体应力分布情况。
二、齿轮的应力分析内容1. 齿轮的接触应力分析齿轮在传动过程中，由于齿轮的啮合，会产生接触应力，该应力对齿轮的强度和寿命有着重要的影响。
因此，需要对齿轮的接触应力进行分析，以确定齿轮的强度。
2. 齿轮的弯曲应力分析齿轮在传动过程中，由于受到转矩的作用，会产生弯曲应力。
该应力对齿轮的变形和破坏有着重要的影响。
因此，需要对齿轮的弯曲应力进行分析，以确定齿轮的变形和强度。
3. 齿轮的疲劳应力分析齿轮在使用过程中，由于反复的加载和卸载作用，会产生疲劳应力。
该应力是齿轮破坏的主要原因之一。
因此，需要对齿轮的疲劳应力进行分析，以确定齿轮的寿命。
三、齿轮应力分析的结果通过对齿轮的应力分析，可以得到如下结果：1. 齿轮的应力分布情况：确定齿轮哪些部位的应力较大，从而采取相应的加强措施。
2. 齿轮的应力大小：确定齿轮的最大应力值，以确保齿轮的强度和寿命。
3. 齿轮的变形情况：确定齿轮在工作过程中是否发生变形，从而调整齿轮的设计参数，以确保其正常运行。
四、齿轮应力分析的意义1. 确保齿轮的强度和寿命，从而提高机械设备的可靠性和安全性。
2. 指导齿轮的设计和制造，从而在设计阶段就预防和解决齿轮应力引起的问题。
3. 对齿轮的使用和维护提供指导，从而延长齿轮的使用寿命。
总之，齿轮的应力分析是确保机械传动正常运行的重要手段之一。
通过对齿轮的应力分析，可以得到齿轮的应力分布情况、应力大小和变形情况，从而指导齿轮的设计和制造，并提高机械设备的可靠性和安全性。
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齿轮弯曲应力的有限元分析
朱彤1
摘要：本文对有限元的概念和分析方法做了介绍，利用有限元分析软件ANSYS 对UG建模的齿轮进行了分析，得出了齿轮在不同载荷下，弯曲应力的变化情况，对齿轮的设计提供了理论依据。
关键词：ANSYS；有限元；齿轮
１．有限元的基本概念
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
用有限元法不仅能提高计算精度，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元求解问题的基本步骤通常为：
第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。
第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。
求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。
第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。
第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。
1作者简介：朱彤（1969－）男，苏州职业大学教师。
研究方向：计算机辅助设计与制造。
为保证问题求解的收敛性，单元形状应以规则为好，内角避免出现钝角，避免出现畸形，因为畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。
第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。
总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。
第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。
联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。
求解结果是单元结点处状态变量的近似值。
对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。
简言之，有限元分析可分成三个阶段，前处理、处理和后处理。
前处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。
2．齿轮建模及数据转换
根据给出的齿轮参数，在UG软件中通过齿轮端面的曲线方程逐步建立起齿轮的模型图，然后再模拟出一对齿轮副的啮合模型。
截取其中的三个轮齿；数据存储转换为IGES格式。
用ANYSY有限元分析软件读取IGES格式的数据，通过数据转换，把模型输入到ANSYS中，对有数据丢失的模型进行修复，在ANSYS 中形成完整的模型，如图1所示。
修复读入的啮合模型步骤如下:先修整模型，保留单根轮廓线，然后由线生成各部分面，面构成体，结果为三个齿条和一个齿底座，使之能在ANSYS中进行有限元分析。
3．有限元分析
对直齿圆柱齿轮定材料参数，加载，网格划分，应力分析。
然后给出计算结果云图，对结果的合理性进行分析。
3．1.齿轮模型的前置处理
（1）材料属性：Structural 〉Linear〉Elastic 〉Isotropic;
EX=30e6,PRXY=0.3
（2）单元类型：Structural solid > Brick 8node 45(solid45)
（3）划分网格：
每个齿高度方向和渐开线部分分10段，齿顶及齿条端面底线分10段，长度方
向上分20段；则齿轮圆孔线应划分成30段，否则将不能进行映射网格的划分。
三个齿条和一个齿底座合并为一个整体。
选择六面体单元（Hex）对整个实体（Volumns）划分网格，结果如图2所示。
图1 图2
3．2 加载
齿轮边界的约束条件是限制圆孔的周向和径向位移，以及两个侧面上的法向位移；加载后的齿轮如图3所示。
我们取了两种载荷情况下齿轮的变形的影响。
力的方向取齿长的垂直方向，图4沿法线加在齿轮分度圆处，为100N；图5沿法线方向加在齿轮齿顶部位处，为100N。
图 3
3．3.求解
Menu > Solution > solve > Current Ls，当显示Solution is done时，计算结束。
3．4 后处理
计算结果应力云图如图4和图5。
图4 图5
4．分析及结论
可以看出，齿条分度圆处受载时，受载荷区域及接近齿根处弯曲应力有极大值；齿条受齿顶载荷时，弯曲应力最大处在接近齿根处，这是由于齿根处弯矩最大。
齿根处的应力值向四周急剧减小，形成应力集中。
齿轮的其余不受载
荷的部分受到的应力很小，几乎可以忽略。
当外载荷的作用点向齿轮的两端移动时，最大弯曲应力的位置也相应地向两端移动，这是由于齿根处的抗弯模量最大，故最大弯曲应力不在齿根部位。
参考文献：
[1] 设计工程系. 有限元结构分析实验指导书[Z]. 南京航空航天大学，2002.8.27
[2] 张波等. ANSYS有限元数值分析原理与工程应用. 清华大学出版社社，2005.9
[3] 朱凯等. UG NX中文版机械设计. 人民邮电出版社，2006.1
FEM Application on Bending Stress Analysis of the
Gears
ZHU Tong
Abstract:The paper introduced the FEM theory, utilizing ANSYS to analyze the gear modeled in UG. Under the different loads,different stress distributions were obtained. The simulation provided theoretical material to the mechanical design of gears.
Key words: ANSYS; FEM; Gear。