基于ANSYS的渐开线啮合齿轮有限元分析.pdf

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1、·机械制造与研究·刘海娥，等·基于ANSYS的渐开线啮合齿轮有限元分析基于ANSYS的渐开线啮合齿轮有限元分析刘海娥。张思婉(郑州铁路职业技术学院，河南郑州450052)摘要：采用有限元软件ANSYS建立了啮合齿轮的有限元模型，利用ANSYS软件的非线性接触分析功能，对啮合齿轮的接触问题进行仿真，计算出了接触应力，为齿轮的强度计算和设计在方法上提供了参考和依据。关键词：渐开线齿轮；有限元；ANSYS；接触对中图分类号：THI32．4文献标志码：B文章编号：1671—5276(2010)01-0028-02FilliteElementAnalysisofInvolute

2、GearTeethBasedonANSYSLIUHal—e，ZHANGSi—wan(ZhengzhouRailwayVocational＆TechnicalCollege，Zhengzhou450052，China)Abstract：ThefiniteelementmodelofthegearteethisbuiltwithANSYSsoftware．Thispaperusesthenon。linearcontactanalysismoduletosimulatethegeartoothcontact，calculatesthecontactstressbyLagra

3、ngearithmetic，researchesintothecontactparame’tersandprovidesreferencebasisforcalculationanddesignofthegearintensity．Keywords：involutegear；finiteelement；ANSYS；contactpairANSYS是一个多用途的有限元分析软件，可以用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前置处理、解题程序以及后置处理，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。l渐开线齿轮三维有

4、限元建模渐开线齿轮建模的难点是如何比较精确的反映出渐开线廓形，结合ANSYS的ADPL语言，采取以下步骤进行建模：I)根渐开线方程和函数计算出渐开线上一系列的点的坐标，生成若干关键点；2)连点成线，生成精确的渐图1二维有限元啮合齿轮开线廓形；3)对以上的渐开线进行镜像；4)连接各渐开线廓形，形成完整的二维轮齿模型；5)建立另一个二维轮齿模型，并调整轮齿的位置，形成啮合的二维齿轮实体模型；6)对上述二维模型进行网格划分，对接触部位及其附近区域进行单元控制，形成二维有限元模型，如图1所示；7)对上述二维有限元模型进行拉伸，形成啮合齿轮的三维有限元模型，如图2所示。2接触对

5、的定义和模型的加载齿轮是传动系统中承受载荷和传动动力的主要零部件，也是最容易出故障的零件之一。据计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的60％以上，其齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一。为此，需要对齿面强度及其应力进行分析。图2三维啮合齿轮有限元模型2·1接触对的定义每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。本文的齿ANSYS支持三种接触方式：点一点，点一面，面一面，轮接触采用面一面接触的方式进行。进行接触分析，首要作者简介：刘海娥(1979一)，女，湖北随州人，郑州铁路职业技术学院机电工程系助教，硕士，研究方向为机械设计c·28·http：／／ZZHD．chinaj

6、ourna1．net．cnE-mail：ZZHD@chainajourna1．net．erl《机械制造与自动化》·机械制造与研究·刘海娥，等·基于ANSYS的渐开线啮合齿轮有限元分析的任务是识别接触对，即要准确的判断出接触的是哪两个或哪几个面，通过目标单元和接触单元来定义它们，目标单元和接触单元跟踪变形阶段的运动，构成一个接触对。2．2有限元模型加载面一面接触的接触对设置好后，给定求解的边界条件，根据本模型的特点，由于电动机输入的转矩是通过电动机的输入轴输入给小齿轮，再通过大小齿轮的接触，从大齿轮输出转矩，这就需要在齿轮轴的中心输入转矩，控制轴的转动，应该约束大小齿轮

7、的中心轴的轴线上的所有节点的u，uy，Uz，ROTx和ROTy方向的自由度，使两个齿轮只能绕z方向转动。在小齿轮轴输入转矩，值为正，图4接触分析的应力分布云图是指齿轮绕z轴逆时针转动，反之为负。由于ANSYS软件中的SOLID单元不具有转动自由度，因此无法施加转矩。为了实现转动效果，可以采用在‰ax节点上施加切向力的方法，可以代替转矩使齿轮转动。首先，将总体坐标系(笛卡儿坐标系)转换为圆柱坐标系，同时将所有的节点转换到圆柱坐标系下。然后选择式中：F——法向压力，N；小齿轮中心孔处的所有节点施加约束和切向力，利用同——接触线长度，mm；样的方法对大齿轮