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 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 与应用    考        试                        考        查                        学  科 专 业        机械 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理         学        号        XXXXX        姓        名        XXX            题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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。相对与理论分析，有限元法具有快速、准确可靠、计算灵活等优点，因此用有限元法做齿轮的接触分析对于研究齿轮的失效具有重要意义。 齿轮传动装置在运行工况下常常会发生轮齿折断、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，校核其结构的可靠性。 二、分析过程 1、定义工作文件名和目标工作标题 （1）定义工作名 执行Utility Menu>File>Change Job name命令，弹出Change Job name对话框，输入工作文件名Gear。 （2）定义工作标题 执行Utility Menu>File>Change Title命令，弹出Change Title对话框，输入the contact analysis of gear。 2、定义单元类型 执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，弹出Element Type对话框，单击Add按钮，弹出Library of Element Type对话框。 在Library of Element types选择框中选择Structural Mass, Solid Brick 20node 95,在Element type Reference number文本框中输入2。 在Library of Element types选择框中选择Contact 3D Target 170,在Element type Reference number文本框中输入2。 在Library of Element types选择框中选择Contact 3D 8nd surf 174,在Element type Reference number文本框中输入3。 3、定义 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 性能 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 图1 材料线性设置对话框 4、生成几何模型、划分网格 （1）输入几何体 输入三维齿轮模型文件 （2）打开实体移动、缩放和旋转工具条 执行Utility Menu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate命令，出现Pan-Zoom-Rotate工具条，单击Iso按钮，输入的单个齿轮几何模型如图2所示： 图2 单个齿轮几何模型 （3）生成传动齿轮对 执行Main Menu>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Volumes命令，弹出Glue Volumes拾取框，单击Pick All按钮完成选择。 执行Main Menu>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes命令，弹出Add Volumes按钮，单击Pick All按钮完成选择。 确认当前坐标系为总体直角坐标系，然后执行Main Menu>Modeling>Copy>Volumes命令，弹出Copy Volumes拾取框，然后单击Pick All按钮完成选择，又弹出Copy Volumes设置框，如图3所示，在DX文本框输入6.5，完成设定。 图3 体复制设置对话框 执行Utility Menu>Workplace>Change Active CS to>Global Cylindrical命令，将当前坐标系切换到柱坐标系。执行Main Menu>Modeling>Move/Modify>Volumes命令，弹出Move Volumes拾取框，然后用鼠标拾取编号为2的体素，然后单击OK按钮，弹出Move Volumes对话框，在DY文本框中输入6.5。最后生成的传动齿轮对如图4所示： 图4 齿轮传动模型 （4）网格划分 执行Main Menu>Meshing>Mesh Tool命令，弹出Mesh Tool对话框，设置Smart Size值为10，然后设置Shape为Tet,模式为Free，单击Apply按钮，弹出Mesh Volumes拾取框，然后单击Pick All按钮，划分网格后单击Close按钮关闭该对话框。 执行Utility Menu>Plot>Elements命令，程序图形工作区将显示网格划分的模型，如图5所示： 图5 齿轮模型网格 5、利用接触向导生成接触 执行Main Menu>Modeling>Create>Contact Pair命令，弹出Contact Manager接触向导对话框，如图6所示： 图6 接触向导对话框 （1）设定目标面 单击Contact Manager对话框上顶端最左边的按钮新建接触时，弹出Contact Wizard对话框，如图7所示，通过此对话框可设定目标面。设定目标面类型为Areas,单击Pick Target按钮，弹出Select Areas for Target拾取框，选择编号为271的面，然后单击OK按钮完成选择。 图7 目标面选择对话框 （2）设定接触面 完成目标面的选择后，单击Next按钮，弹出如图8所示对话框，可设定接触面，单击Pick Contact按钮，弹出Select Areas for Contact拾取框，选择编号为342的面，然后单击OK完成选择。 图8 接触面选择对话框 单击Contact Wizard对话框上的Next按钮，完成该接触面对接触面的设定，又弹出如图9所示的接触参数设定对话框。 图9 接触参数设定对话框 （3）设定接触参数 在图9的对话框中，单击Optional settings按钮，弹出Contact Properties对话框，如图 10所示。在Basic选项卡下设置法线接触刚度为0.1，在Initial Adjustment选项卡下设置Initial Contact Closure为0.01，然后单击OK完成接触属性设置并关闭该对话框。 图10 接触对属性设置对话框 （4）生成接触 在图9所示的对话框中，单击Create按钮即可完成接触对的创建。 6、加载求解 （1）设定分析类型 执行Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis命令，弹出New Analysis对话框，选择分析类型为Static。 （2）设定求解控制选项 执行Main Menu>Solution>Analysis Type>Sol’n Contrls命令，弹出Solution Controls对话框，单击Basic选项卡，选择Large Displacement Static变形模式，设定求解时间为1，打开自动时间步长，子步数50，最大子步数100，如图11所示： 图11 求解控制基本选项设置对话框 单击Nonlinear选项卡，在该对话框中，将Line search项置为On，同时将DOF solution predictor项置为On for all substep,如图12所示： 图12 求解控制非线性选项设置对话框 （3）设定边界条件和载荷 执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>on Areas命令，弹出Apply U，ROT on Areas拾取菜单，然后用鼠标在模型上拾取齿轮体1和体2的内圆面，单击Apply按钮，弹出Apply U，ROT on Areas对话框，，选择All DOF,单击Apply按钮。 执行Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes命令，弹出Apply F/M on Nodes拾取菜单，然后拾取编号为3439的节点，单击OK按钮，弹出Apply F/M on Nodes对话框，在Direction of force/mom项选择FX，在Force/moment value文本框中输入-20，然后单击Apply按钮。同样的，又通过Apply F/M on Nodes拾取菜单，选择编号为1848的节点，然后单击OK按钮，在弹出的对话框中，Direction of force/mom项选择FX，在Force/Moment value文本框中输入20，然后单击OK完成扭矩的施加。