基于ansys的渐开线圆柱齿轮参数化几何造型与有限元分析(

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1、基于ANSYS的渐开线圆柱齿轮参数化造型与有限元建模及分析技术李常义［1］［2］卢燿辉［3］周继伟⑶（［1］国防科学技术大学机械CAD与仿真实验室，湖南长沙410073）（［2］航空工业总公司中南传动机械厂技术中心，湖南长沙望城410200）（13］国防科学技术人学机械工程与自动化学院，湖南长沙410073）摘要：为了满足利用FEA有限元分析技术完成齿轮强度系列分析工作的需要，笔者曾经重点研究了直接基于ANSYS软件的渐开线I员【柱齿轮参数化生成原理、技术及齿轮轮齿滚动接触模拟实现技术，获得了良好的实际应用效果。

2、为了推进技术交流，同时针对当前国内许多人对FEA软件难以进行几何建模的认识以及在齿轮付FEA滚动模拟接触分析中的一些不恰当的处理方式，笔者在木文小对相应研究结果作出细介绍以供研究参考。关键词：渐开线过渡曲线齿轮造型强度ANSYS有限元分析ResearchofInvoluteCylindrialGearModelingTechnologyBasedonANSYSLIChang-yiYAOQi-shuiLIWei-jian(LaboratoryofMechanismCADandSimulation.theNation

3、alUniversityofDefenseTechnology,,Changsha41(X)73,C/n>?n)(ResearchoftheZhongnanTransmisionbaclorayoftheAirIndustryParentCompany,Wangcheng.Changsha/410200,China)Abstract:Inordertocalculatethegear-strengthbyusingtheFEAmethod,wehavestudiedtheprincipleandrealizati

4、onof3Dparameter-modelingaboutinvolutecylindricalgearbasedonANSYS,andthenstudiedtheealizationoftheanalyzingprocessaboutgear-strength.Thispaperpresentstheendingoftheresearch・Keywords：involuteinterim-curvegear-modelstrengthANSYSFEA随着计算机技术的日益普及和FEA（有限元）分析技术蓬勃发展，人

5、们已经接受和开始广泛采用计算机有限元仿真分析的方法来作为齿轮强度校核的方法。但不仅齿轮造型及其滚动模拟分析过程太复杂，极大地影响了齿轮有限元分析的应川；而H「l前一般人士都认为，FEA软件难以完成实体儿何造型，这也进一步影响了FEA软件应用推广。ANSYS是当今应用的结构有限元分析软件中的典型,它自带几何造型功能完全口J以满足它木身结构分析的建模需要。为此，作者根据木人的CAD和FEA工作经验，从渐开线齿轮的形成原理出发，以ANSYS为工具对渐开线直齿圆柱齿轮三维造型、有限元建模及其滚动模拟分析技术进行了研究探讨

6、。1ANSYS与齿轮几何造型CAD虽然对丁一般由简单几何形状组合的实体造型很方便。但对于齿轮轮齿等专用特殊形体的造型来说，CAD软件相对于FEA软件而言并没有太大优势；相反，由单纯的CAD软件环境中导入到FEA软件环境屮的实体模型不仅往往并不很适合FEA分析，而且对于FEA的参数优化分析更是无能为力，以ANSYS为例的FEA自带建模功能则能很好的适应这些特殊造型与分析工作的需要。对于实体建模，ANSYS提供了两种基本方法即“fT顶向下的建模法”和“白底向上的建模法”。“白顶向下的建模法”就是在确定的处标系下直接定

7、义实体体素结构，然后对这些实体体素求“交”、“并”、“差”等布尔运算生成所需的儿何体。“自底向上的建模法”就是在确定的处标系下，依次定义点、线、面，最后山面生成体的一个完整的建模过程。对于其屮的一些具体定义操作，ANSYS还提供了直接定义、拉仲、扫描、旋转、复制等操作特征以供选用。在ANSYS环境下，圆柱齿轮实体建模可用以下三种方法Z—：（1）在工作坐标系内，根据齿轮的己知参数生成齿坯，以齿坯端而及其中心为基准定义新的坐标系，在新定义处标系内牛成齿槽轮廓切割实体,再根据齿槽的圆周阵列特征旋转阵列齿槽轮廓切割实体，

8、然后运用布尔减法（»Booleans»subtract）操作生成所有齿槽。（2）根据己知参数生成一个完整的轮齿端面（平面）实体和轮毂实体，再拉伸生成一个轮齿实体，然后经过旋转复制、实休融合（merge）或者布尔（Booleans）运算操作牛成一个齿轮实体。（3）根据已知参数生成包含一个完整的轮齿（含齿廓、齿槽）和轮毂的扇形实体，再经过旋转复制、实体融合等系列操作完成。2渐