基于ANSYSWorkbench的直齿轮接触分析_周钊

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1、第25卷第4期湖北汽车工业学院学报Vol.25No.42011年12月JournalofHubeiAutomotiveIndustriesInstituteDec.2011基于ANSYSWorkbench的直齿轮接触分析周钊（湖北汽车工业学院汽车工程系，湖北十堰442002）摘要：以一对相互啮合的渐开线直齿轮为研究对象，运用ANSYSWorkbench建立了直齿轮接触的有限元模型，基于非线性接触算法对齿轮进行有限元分析，列举不同接触刚度取值对应的有限元计算结果并分析结果的收敛性，在此基础上，将仿真与传统理论计算结果进行比较，结果表明，利用有限元法分析齿轮接触问题是可行的。关键词：有限元；直

2、齿轮；接触应力；接触刚度中图分类号：TP39文献标志码：A文章编号：1008-5483（2011）04-0077-04ContactAnalysisofSpurGearsBasedonANSYSWorkbenchZhouZhao（Dept.ofAutomotiveEngineering，HubeiAutomotiveIndustriesInstitute,Shiyan442002,China）Abstract:Takingapairofmeshinginvolutespurgearsastheresearchobject,thefiniteelementmodelisestablished

3、forspurgearscontactbyANSYSWorkbench.Thegearsaresimulatedbasedonnonlinearcontactmethodandfiniteelementanalysis.Thecorrespondingcalculationresultsofdifferentcontactstiffnessvaluesarelistedandtheconvergenceisanalyzed.Thesimulationresultsarecomparedwiththetraditionaltheory.Theresultsshowitisfeasibleto

4、analyzegearcontactbyusingfiniteelementmethod.Keywords:finiteelement;spurgear;contactstress;contactstiffness齿轮广泛地应用于汽车、拖拉机、工程机械等STP格式，将其导入Workbench软件中。为使齿轮产业。现代机械设计对齿轮传动提出了越来越高的副得到较规整的网格，将齿轮分割成如图1所示的要求，齿轮传递扭矩过程中，齿轮的接触疲劳强度若干部分。是评价齿轮承载能力的一个重要尺度，如果齿面接表11对直齿轮几何参数触强度不够，齿面将产生点蚀、剥落、塑性变形等损齿数齿数模数压力齿宽齿顶高顶隙伤，

5、为了防止齿面产生这些损伤，必须进行齿面的z1z2m/mm角/（°）b/mm系数系数17313201010.25接触强度计算。本文使用ANSYSWorkbench有限元分析软件，建立齿轮接触仿真分析模型。分析计算了1对直齿轮的接触应力，将理论赫兹应力结果与有限元结果比较，说明有限元法仿真齿轮类问题的精确性和可靠性。1齿轮三维网格模型图1齿轮分割几何模型利用CATIA软件建立1对圆柱直齿轮的几何齿轮接触处应力变化急剧，需要设定较密网模型，齿轮参数如表1所示，将几何模型保存为格，而远离关注部位的非接触区域，改用较大尺寸收稿日期：2011-10-06基金项目：湖北省教育厅优秀中青年课题（Q2008

6、2301）；湖北汽车工业学院学生科研项目（S201003018）—78—湖北汽车工业学院学报2011年12月的单元作为近似写照。基于上述认识，再次在齿轮很重要的。接触问题分为两大类：刚性到柔性接触接触处进行切割，分割区域的半径为0.47mm，该类、柔性到柔性接触类。本课题研究的是柔性到柔范围包含齿轮的接触区域，如图2所示。性的接触类问题，有限元程序支持柔性对柔性的面到面接触单元，目标面一般是较刚表面，该表面在3维问题中用TARGE170单元来模拟，一般情况下，小齿轮表面刚度比大齿轮表面刚度大，所以此处的目标面为小齿轮齿面。选择大齿轮的齿面为接触面。接触单元采用Contact174单元，所谓

7、的接触对，都通过1个共同的实常数来定义。本文共形成图2接触区域分割模型接触单元2058个。小齿轮的材料为40Cr，其弹性模量E1为本文采用增强拉格朗日算法计算齿轮接触，增206GPa，泊松比μ1为0.28；大齿轮的材料为45号强拉格朗日算法在纯罚函数的基础上引入接触力钢，其弹性模量E2为216GPa，泊松比μ2为0.3。一的参量，相比罚函数而言对接触刚度的依赖不太敏个优良的有限元离散模型应该具有足够多的单元感，接触力的引