基于PRO_E与LS_DYNA的齿轮副动态接触分析

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1、基于PRO/E与LS-DYNA的齿轮副动态接触分析李顺德冯广斌孙华刚军械工程学院军械技术研究所石家庄050000摘要:利用PRO/E软件构建精确啮合齿轮副模型，采用动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对齿轮动态接触问题进行分析，计算结果清晰地反映了齿轮在不同啮合位置时齿面的接触应力、齿根应力及应变变化等。该方法克服了二维接触与静态接触分析的缺点与不足，为三维齿轮动力学接触分析提供了新的方法。关键词:齿轮;动态接触;啮合;PRO/E;LS-DYNA中图分类号:TH132.41文献标识码:A文章编号:1001－0785(2010)07－0054－04Abstract:The

2、accurately-meshedgearpairmodelisestablishedbyusingPRO/Esoftware，andthedynamiccontactofgearisanalyzedbyadoptingthedynamicfiniteelementsoftwareANSYS/LS-DYNA;theresultsclearlyreflectthetoothsurfacecontactstress，toothrootstress，andstrainwhenthegearisindifferentmeshingposition.Thismethodovercome

3、stheweaknessesandshortcomingsoftwo-dimensionalcontactandstaticcontactanalysis，whichprovidesanewmethodforthree-dimensionalgeardynamiccontactanalysis.Keywords:gear;dynamiccontact;meshing;PRO/E;LS-DYNA型的接触非线性问题，因此对圆柱齿轮进行有限1引言元分析时，首先要对齿轮系统力学模型进行离散对于齿轮副啮合接触分析，传统的理论分析化处理。具体做法是:将2个弹性接触体A1、A2方法是建立在

4、弹性力学基础上的，而对于齿轮接分离成2个独立物体，根据弹性有限元理论，写触强度计算均以2平行圆柱体对压的赫兹公式为出它们各自的有限元基本方程，即［l］基础。近年来，由于有限元法能快速、准确可［k1］{u1}={R1}+{p1}(1)靠、灵活地分析计算，在齿轮设计和计算中已得［k2］{u2}={R2}+{p2}到广泛应用。利用有限元法处理齿轮接触非线性式中［k1］、［k2］———弹性体A1、A2的刚度矩阵［2］问题是齿轮分析的核心和关键。{u1}、{u2}———弹性体A1、A2的节点位移目前，多数有限元法是基于二维接触或三维向量静态接触，虽然通过齿轮静态接触分析可求出轮{R1}

5、、{R2}———接触内力齿处于不同啮合位置的接触压力、应力的大小及{p1}、{p2}———外载荷其分布，但需要进行多次重复计算，且不能完全其中，［k］、{p}已知，设A1、A2在接触面上的12反映齿轮传动过程的动态特性。而采用LS-DYNA接触对分别为i、i(i=1，，2，…，n)。由于刚动态分析可在1次求解过程中，计算不同啮合位度矩阵是非奇异的，可求得接触对的柔度方程置处的应力及其变化趋势。nn11111{ui}=∑［Cij］{Rj}+∑［Cik］{pk}本文主要应用PRO/E软件进行精确建模及构i=1i=1(2)建啮合齿轮副，通过软件间无缝接口，将已建好nn22222{u

6、i}=∑［Cij］{Rj}+∑［Cik］{pk}的齿轮啮合模型导入LS-DYNA中，建立有限元模i=1i=1型。采用动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA从动式中i、j、k———节点号力学角度对齿轮动态接触问题进行仿真分析。{Rj}———接触点j的接触内力［3］{pk}———节点k的外力2有限元理论分析［Cik］———弹性体上由j点的单位力引发的由于齿轮的瞬时接触区形状与压力分布是典接触点i的柔度值—54—《起重运输机械》2010(7)n型导入到ANSYS软件，可节省大量的时间和精力，∑［Cik］{pk}———弹性体上由外力引发的i=1具体步骤可见文献［4］。接触点i的位

7、移该对齿轮材料采用20CrMoH，材料参数为:根据接触条件，得接触对的接触边界8弹性模量为2.1×10kPa，泊松比0.3，密度为210{ui}={ui+{δ}(3)7.84×10－6kg/mm3。以上材料参数单位是ANSYS将式(2)代入式(3)，并满足中的计算单位。21{Rj}=－{Rj}={Rj}考虑到齿轮结构较复杂以及对计算机性能的整理得要求，对齿轮进行智能网格划分，可利用实体模型nnn1211线段长度、曲率自行进行最佳网格化，在应力集中∑［Cij］{Rj}+∑［Cij］{Ri}=∑［Cik］{