abaqus有限元分析齿轮轴.doc

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1、Abaqus分析报告（齿轮轴）名称：Abaqus齿轮轴姓名：班级：学号：指导教师：一、简介所分析齿轮轴来自一种齿轮泵，通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。齿轮轴装配结构图如图1，分析图1中较长的齿轮轴。图1.齿轮轴装配结构图二、模型建立与分析通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型，并对其进行分析。1.part针对该齿轮轴，拟定使用可变型的3D实体单元，挤压成型方式。2.材料属性材料为钢材，弹性模量210Gpa，泊松

2、比0.3。3.截面属性截面类型定义为solid，homogeneous。4.组装组装时选择dependent方式。5.建立分析步本例用通用分析中的静态通用分析（Static，General）。6.施加边界条件与载荷对于齿轮轴，因为采用静力学分析，考虑到前端盖、轴套约束，而且根据理论，对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。边界条件：分别在三个轴径突变处采用固定约束，如图2。载荷：在Abaqus中约束类型为pressure，载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面，根据实际平衡情况，两力所产

3、生的绕轴线的力矩方向相反，大小按比例分配。均布载荷比计算：矩形键槽数据：长度：8mm、宽度：5mm、高度：3mm、键槽所在轴半径：7mm键槽压力面积：S1=8x3=24mm2平均受力半径：R1=6.5mm齿轮数据：=齿轮分度圆半径：R2=14.7mm、压力角：20°、单个齿轮受力面积：S2≈72mm2通过理论计算分析，S1xR1xP1=S2xR2xP2，其中，P1为键槽均布载荷幅值，P2为齿轮均布载荷幅值。键槽均布载荷幅值和齿轮均布载荷幅值之比约为P1：P2≈6.3。取键槽均布载荷幅值为1260,

4、齿轮载荷幅值为200.由于键槽不是平面，所以需要切割，再施加均布载荷。图3键槽载荷施加比较保守考虑，此处齿轮载荷只施加到一个齿轮上。图4齿轮载荷施加图5.施加约束条件和载荷的齿轮轴模型7.网格划分采用六面体划分的网格如下图：图6六面体网格划分图六面体划分网格部分细节图：经过各种划分没能成功，转而采用四面体结构划分，如下图：图7四面体网格划分图8.提交分析（iob）、结果（Visualization）图8应力分析图图9位移分析图从应力分析图看出，在齿轮轴轴径突变的地方应力值大，与理论相符合，在键槽施

5、加力的面应力值大，符合圣维南原理。从位移分析图看出，在齿轮施加力的地方位移最大，因为轴径大。部分细节形变图：变形前变形后从细节图中可以看出，轴在变形过程中还会产生弯曲变形，与受力分析的弯矩相符合。三、优化通过上述分析可以看出，齿轮轴轴径突变地方的应力突变比较明显，采用边倒圆进行优化。另外，齿轮位移明显的地方可以通过调整齿轮变位系数和压力角进行优化；在条件允许情况下，键槽受力处可以通过改变键槽的尺寸进行优化。当然，还可以通过采用先进的材料、加工工艺等增强材料性能。另一方面，在能满足条件情况下，可以通

6、过减小尺寸来进行减重等优化，优先考虑非应力集中处。下面以采用边倒圆进行优化为例分析，并对优化前和优化后的模型进行对比分析。主要从优化前后的应力图与位移图对比分析。优化前应力分析图优化后应力分析图优化前位移分析图优化后位移分析图从优化前后的应力分析图和位移分析图中，可以看出优化前，应力分布幅值为2.804x10^3,优化后应力分布幅值为2.228x10^3,而且应力幅值的分布也有所变化，应力幅值从优化前的齿轮轴轴径突变处转移到键槽处，说明优化效果明显，即采用边倒圆进行优化，可以显著减少齿轮轴轴径突变

7、地方的应力。另外，从优化前后的位移分析图中，可以看出优化前，位移分布幅值为0.1162，优化后位移分布幅值,0.09492。