经典案例
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基于ANSYS的锥齿齿轮强度分析

发布于:2016-03-23 18:17
强度分析

      有限元分析的目的是要还原一个实际工程系统的数学行为特征,所以分析必须是针对一个物理原型准确的数学模型。广义上讲,模型包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件,以及其它表现这个物理系统的特征来进行强度分析。实体建模方法能够直接和模型的几何特征打交道,无需关注有限元模型特定的几何特征。
      有限元模型是对实际结构和物质的数学表示方法。由于ANSYS把有限元模型的几何特征和边界条件的定义与有限元网格的生成分开进行,减少了模型生成的难度。几何模型并不参与有限元分析,必须进行网格划分,以生成有限元分析模型。所有施加在几何实体边界上的载荷或约束都最终传到有限元(节点和单元)上进行求解。一对齿轮的啮合过程是从从动齿轮的齿顶与主动轮的齿根啮合时开始,到主动齿轮齿顶与从动轮齿根啮合时结束。由于不同位置啮合时,接触应力不同,所以下研究分析不同位置啮合的情况。在ANSYS中建立锥齿齿轮实体过程很复杂。首先要利用渐开线方程绘出一个齿端面上的多个点,再将这些点用多意线连成线,如图所示。利用多意线建立一个齿的端面。再用工作平面坐标系(wp)画出另一个端齿的轮廓线,并用同样的方式建立端面,如图又在两个端面之间建立侧面(沿Z方向),利用侧面和两个端面来生成齿体,如图把当前坐标系改为柱坐标系,通过已建立一个齿沿Y方向(Y=360,TG)旋转复制生成整体,再把体相加,便得到整个齿。
      建立的有限元模型将从齿轮中取出一个齿来分析。实体建模的最终目的是为了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:在生成节点和单元之前,必须定义合适的单元属性。需要定义的属性有:单元类型、实常数、材料特征。ANSYS提供了200种不同的单元类型,以适用于各种工程的分析。这里选用的是Solid45单元,该单元用于计算三维实体结构,由8节点组合而成,每个节点具有X,Y,Z位移方向的3个自由度,单元可分析塑性、膨胀、应力强化、大变形和大应变的特征,该单元可以在六个面上加力。定义材料属性:ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性。根据应用的不同,材料可以是:线性或非线性、各向同性、正交异性或非弹性、不随温度变化和随温度变化。该研究是对轮齿进行强度分析,选用的Solid45单元需要定义材料的弹性模量E和材料的泊松比u,构造完美实体模型的关键是对实体的网格划分,网格划分的质量和优劣将对计算结果产生相当大的影响。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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