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1、66机械传动2006年文章编号:1004-2539(2006)05-0066-02基于ANSYS和Pro/E的直齿圆锥齿轮齿根应力有限元分析(武夷学院电子工程系,福建武夷山354300)钱学毅郭波邹丽梅摘要利用Pro/ENGINEERWildFire2.0强大的三维实体造型功能,建立复杂的直齿圆锥齿轮齿廓三维模型。同机配置ANSYSPro/E接口,将轮齿模型导入ANSYS中,形成相应的三维有限元模型,对齿根应力进行有限元分析,得出了齿根弯曲应力等值分布图,为直齿圆锥齿轮的精
2、确设计提供了可靠的理论依据和可行的方法。关键词直齿圆锥齿轮齿根应力有限元分析ANSYSPro/ENGINEER引言1配置ANSYS9.0Pro/ENGINEERWildFire2.0接口直齿圆锥齿轮轮齿失效的主要原因之一是受载轮齿齿根圆角处的弯曲拉应力过大。这些应力往往使齿ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一轮的总寿命缩短,而在高峰载荷作用下,使轮齿突然断体的大型通用有限元分析软件,是目前世界上计算机裂。辅助工程(CAE)领域中最为流行的软件之一。在进行早期的一些研究者作了很多工作,以建立静载荷有限元分析之前,必须首先建立几何模型。虽然AN作用下
3、所测出的圆角拉应力与轮齿几何外形之间的关SYS9.0本身具备三维建模能力,但相比起其它一些专系。早在1893年,路易斯(WilfredLewis)就应用基本悬门化的三维实体造型软件如Pro/ENGINEERWildFire2.臂梁理论,用内切抛物线的方法,对轮齿的齿根应力作0、SolidWorks等,其建模能力实在太弱。尤其是对诸如了分析。但WifredLewis基于等强度理论假设的公式圆锥齿轮这样复杂的结构和曲面,ANSYS9.0很难完不能有效地处理轮齿齿根处截面的突变,并忽略了轮成其建模工作。Pro/ENGINEERWildFire(野火版)是齿径向载荷对应力的影响。光弹技术的
4、应用给了研究目前世界上CAD行业中最为流行的三维实体造型软者真正考虑齿根过度圆角影响的机会,通过对轮齿应件之一。在同机的同一操作系统下安装ANSYS9.0和[2]力进行光弹实验,很多学者指出了悬臂梁假设的不合Pro/ENGINEERWildFire2.0两种软件。参考文献,配理性。但现在,引入各类齿轮标准的强度公式,依然还置ANSYS9.0Pro/ENGINEERWildFire2.0接口。值[1]得提及的是,虽然ANSYS9.0本身内置了IGES转换过是WifredLewis公式,只是引进了修正系数。机械工程实践已经证明,常规齿轮强度计算方法与目前的技滤器,可以将Pro/ENG
5、INEERWildFire2.0中建立的术要求存在一定的差距,需进一步加以深入研究。PRT文件另存为IGES文件。通过IGES格式进行两个随着CAD/CAE技术的飞速发展,人们越来越青软件之间的数据转换。但这种方法只能用于简单模型睐于使用有着牢固数学根基且经济灵活的有限元方数据的转换。诸如圆锥齿轮这样特征多且曲面复杂的法,对轮齿进行应力分析。近年来,相关报导已经显几何模型是难以实现的。因此,配置接口是完全必要示,国内外一些专家学者在该领域内做了一些卓有成的。效的工作。但迄今为止,有关直齿圆锥齿轮齿根弯曲2建立有限元模型应力的有限元分析仍未见报导。本文通过三维实体造型软件Pro/E
6、NGINEERWildFire2.0和有限元分析软件几何模型基本参数见表1。表1几何模型基本参数ANSYS9.0这两个CAD/CAE工具的强强结合,充分发挥各自的优势,建立直齿圆锥齿轮的三维实体模型并序号参数数值形成相应的有限元模型,加载求解,进行齿根弯曲应力1齿数z24场分析,得出了齿根弯曲应力等值分布图;为直齿圆锥2压力角20!齿轮的精确设计提供了可靠的理论依据和可行的方3大端模数m44齿宽b46法。从而达到提高设计质量、增加齿轮的可靠度之目5大端分度圆直径d96的。第30卷第5期基于ANSYS和Pro/E的直齿圆锥齿轮齿根应力有限元分析
7、67序号参数数值∃固定轮体的内孔表面和左侧面进行零位移约6锥距R151.79束。7分锥角18.19!%选择直接解法进行求解。8齿根过度圆弧半径0.54结论9大端分度圆齿厚S6.2810大端全齿高h8.8完成计算以后,通过ANSYS的后处理模块可以查11大端齿根圆半径rf43.25看到齿根弯曲应力等值分布图,如图3所示。从中得知,齿根最大弯曲拉应力∃F=55.907MPa,发生在近小∀在Pro/ENGINEERWildFir2.0环境下建立圆锥[
