资源描述：
《基于ansys有限元软件的直齿轮接触应力分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析文章编号:1004-2539(2006)02-0050-02基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析(天津工业大学机械电子学院,天津300160)雷镭武宝林谢新兵摘要通过实例阐述了直齿轮的精确建模方法,并介绍了具体的设计原理,将生成的一对齿轮进行标准安装生成啮合模型。通过ANSYS转化成由节点及元素组成的有限元模型,运用完全牛顿-拉普森方法进行接触应力的静力学求解,并介绍了算法原理。说明了新的接触单元法的精确性、有效性和可靠性。关键词ANSYS直齿轮有限元接触应力引言ANSYS软件是一款通用有限元分析软件,其强大的建模、网格划分和分析功能极大
2、的方便了用户对产品进行分析。本文以ANSYS软件为平台,以直齿圆柱齿轮为实例,研究了在ANSYS环境下实现直齿轮精确建模和接触应力分析的方法。1建模及有限元分析的环境ANSYS是一个融结构、热、流体、电、磁、声学于一体的大型通用有限元软件。作为目前最流行的有限元软件之一,它具备功能强大、兼容性好、使用方便、计算速度快等优点,成为工程师们开发设计的首选,广泛应用于一般工业及科学研究领域。而在机械结构系统中,主要在于分析机械结构系统受到负载后产生的反应,如位移、应力、变形等,根据该反应判断是否符合设计要求。2直齿轮接触分析2.1直齿轮的建模方法问题描述:两齿轮材料均为45号钢,弹性模量E=2.
3、06@105N#mm2,泊松比L=0.3。给定直齿轮的基本参数见表1。表1模数m/mm压力角A/b齿数z1齿数z2齿宽b/mm2.5203410285直齿轮的齿廓曲面是渐开线曲面,所以建模的关键在于如何确定精确的渐开线。建立如图1所示的坐标系,渐开线的曲线方程[1]为x=rbsinu-rbucosuy=rbcosu+rbusinu(1)式中,u为渐开线上任一点K的滚动角,u=HK+AK;rb为基圆半径。本文运用ADPL语言(ANSYSParametricLanguage,ANSYS二次开发工具之一)对齿轮的渐开线曲面进行建模。利用渐开线产生端面的一个齿形,将其平移、旋图1直角坐标系下的渐开
4、线转产生另一端面的齿形,然后这两个齿形沿螺旋线进行/扫描混成0产生一个齿,对这个齿进行拷贝或阵列即生成研究需要的两个齿轮。再将大齿轮在X轴上平移中心距距离为170mm,则大小齿轮的中心连线通过小齿轮齿根圆周上齿间距的中点,通过大齿轮齿顶圆周上齿厚的中点。要确定两齿轮在啮合线上相啮合的各个位置,先将两齿轮旋转到节点相啮合的位置。由于在分度圆上齿轮的齿厚和齿间距相等,则小齿轮转到节点啮合位置就要转动360/4z1度,即为90/34度,大齿轮转到节点啮合位置就要转动360/4z2度,即90/102度。即可使两个齿轮在节点处相啮合[2]。即可得到两齿轮在ANSYS中的二维模型。由于直齿轮在轴向应力
5、所受应力一致,所以可以用二维模型代替三维模型。如图2所示。2.2模型的网格划分实体建模的最终目的是划分网格以生成节点和单元。生成节点和单元的网格划分过程包括两个步骤:(1)定义单元属性;(2)定义网格生成控制并生成网格。在单元库中选用SOLID42为两齿轮的实体单元,因为SOLID42为四边形单元,有4个节点,相对于三角形单元而言,计算精度更高,没有三角形那样刚硬,对于带中间节点的四边形而言,节点数更少,节约计算时间,而精度下降不大[3]。定义材料属性中弹性模量EX=2.06@105N#mm2,泊松比PRXY=0.3,摩擦因数MU=0.3。通过扫掠网格划分命令(SWEEP),使两齿轮生成网
6、格。要求出精确解,就要在啮合区域进一步细分网格,细分50机械传动2006年结果见图3。图2齿轮实体建模结果图3接触区域网格细分结果最后生成单元数126759个,节点数151470个。2.3创建接触对利用ANSYS接触向导将啮合小齿轮的齿廓面1和大齿轮的齿廓面2设置为接触对,使齿廓面1为接触面,齿廓面2为目标面。将其接触刚度因子FKN和拉格朗日算法允许的最大渗透量FTLON分别设置为1.0和0.1[4]。同理设置啮合小齿轮的齿廓面3和大齿轮的齿廓面4为接触对。如图5所示。图4建立的齿轮接触对2.4边界条件与载荷接触区域应能保证它足以描述所需要的接触行为。AN-SYS面-面接触单元使用GAUS
7、S积分点作为接触检查点的缺省值,它比Newton-Cotes/robatto节点积分项产生更精确的结果。把节点坐标系变换到柱坐标,则X,Y分别代表R,H。约束大齿轮安装孔表面上的节点的所有自由度。约束小齿轮安装孔表面上的节点,使其只有绕齿轮回转中心轴的转动自由度,即约束X轴。约束结果见图5所示。在小齿轮安装孔表面上的每个节点上加Y方向(在圆柱坐标系下即为齿轮径向的切向力)上的载荷FY,见式(2)。FY=-转矩内圈节点数@
