分析ANSYS的齒輪結構靜力

　　以下是小編準備的關(guān)于分析ANSYS的齒輪結構靜力的論文，希望可以幫助大家!

　　摘要：本文基于強度分析的原理，利用三維建模軟件SOLIDWORKS建立好齒輪模型，然后轉換格式利用Pro/E和ANSYS接口，將齒輪模型導入到ANSYS中，從而在一定的載荷和約束作用下對齒輪進(jìn)行強度分析。強度分析有動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析兩種，本文只進(jìn)行靜態(tài)分析，分析齒輪的應力應變集中的地方是否合理，并從分析所得到的數據中研究其最大應力是否滿(mǎn)足要求，從而完成對齒輪的結構靜力分析。

　　關(guān)鍵詞：強度分析 ANSYS 有限元分析 齒輪結構

　　1、前言

　　齒輪機構可以用來(lái)傳遞任意兩軸之間的運動(dòng)，其傳遞準確可靠，效率很高，而且齒輪機構是傳統和現代機械中應用最為廣泛的一種傳動(dòng)機構[1]。在各種零件失效的形式中，齒輪也是最容易出現失效的常見(jiàn)零件之一。而且零件的結構強度分析關(guān)系到所設計的機器能否正常工作并達到一定的使用要求，因此對齒輪的強度進(jìn)行分析是很有必要的。強度分析的目的主要是分析零件的結構強度是否滿(mǎn)足要求，分析所用的數據或圖表的來(lái)源既可以是一些經(jīng)驗公式分析后得到的，也可以是從一些相關(guān)的強度分析軟件中得到。一般的齒輪都是漸開(kāi)線(xiàn)齒廓，可以利用相關(guān)的軟件進(jìn)行建模，如本文采用了美國參數技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的建模軟件Pro/E進(jìn)行齒輪建模，然后再導入ANSYS進(jìn)行強度分析。

　　2、有限元模型的建立

　　2.1 幾何模型的建立

　　齒輪的基本參數齒輪：模數m=2.5mm，齒數z=33，壓力角α=25°，為正常齒制的齒輪，h*a=1，c*=0.25，齒寬b=94mm。

　　為了更加簡(jiǎn)便的建模，首先使用SOLIDWORKS軟件將齒輪的三維實(shí)模型建立好。而且由于是結構靜力分析，載荷往往只在一個(gè)齒上，為了使分析效率有所提高，又可以節約計算機的分析時(shí)間，根據圣維南原理，可將模型進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化。如圖2-1所示。

　　2.2 模型的導入

　　2.2.1ANSYS簡(jiǎn)介

　　伴隨有限元方法理論的發(fā)展，為了更好的使用有限元方法理論進(jìn)行工程問(wèn)題的分析求解，一些大型軟件應運而生，其中就包括了ANSYS。ANSYSA是運用最為廣泛的有限元分析軟件之一，可以對分析對象進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和熱傳導等分析。它還可以通過(guò)對分析對象輸入相關(guān)屬性、添加約束以及載荷后，可以由其相關(guān)的后處理模塊進(jìn)行應力、應變和溫度等分析，進(jìn)而得到相關(guān)的結果。

　　2.2.2模型的導入

　　齒輪其他的基本參數：齒輪的扭矩為T(mén)=325.320N·m，齒輪材料為40Cr[2]，密度為7.8×103kg/m3，彈性模量為211GPa，泊松比為0.277。

　　由于A(yíng)NSYS存在有與Pro/E的接口，故可以把SOLIDWORKS建立好的模型另存為“prt”格式，再將模型導入ANSYS里面，進(jìn)而就可以利用ANSYS進(jìn)行有限元分析了。

　　2.3劃分網(wǎng)格

　　為了對齒輪進(jìn)行比較精確的結構靜力分析，取簡(jiǎn)化后的模型為研究對象，考慮到一些實(shí)際的因素，如齒輪的齒形、齒輪的精度等，選用“solid95”型為有限元的網(wǎng)格單元。“solid95”是一種空間實(shí)體單元，適合曲線(xiàn)邊界建模，且具備許多功能。采用“掃略”這種操作方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的劃分越精細，其結果也越精確，導入和劃分后的圖形如圖2-2所示。

　　3、求解及后處理

　　對齒輪進(jìn)行結構靜力分析，約束主要是施加對圓柱孔面的約束以及一個(gè)齒面的約束。對齒輪施加的載荷為施加在圓柱孔面上的扭矩。這樣經(jīng)過(guò)施加約束和載荷后就可以用ANSYS的后處理來(lái)進(jìn)行結構分析了。本文對齒面進(jìn)行的是靜態(tài)分析，因此選擇通用的后處理對結果進(jìn)行分析。通過(guò)求解理后可得到齒輪等效應力云圖，如圖2-3所示。

　　4、結果分析

　　采用通用后處理操作方式對求解的結果進(jìn)行處理，通過(guò)彩色云圖顯示應力、應變的分布，以不同的顏色表示不同的應力值，這樣之后使得齒輪的內部應力應變分布情況一目了然。從應力云圖可知，齒輪的齒根部分出現了最大的應力，其最大的應力為522.962Mpa。齒根也是齒輪發(fā)生應力集中的主要部位，有極大的可能出現疲勞斷裂的現象。一般的漸開(kāi)線(xiàn)齒輪最容易出現的失效形式之一是斷裂，它發(fā)生的位置也是在齒根部位，因此從這個(gè)結果上看，與實(shí)際工作的情況相吻合。

　　5、結束語(yǔ)

　　本文通過(guò)Pro/E和ANSYS接口技術(shù)，對工程實(shí)際中的齒輪在一定的載荷和約束條件下進(jìn)行有限元分析，得到相關(guān)強度分析的數據，研究得到結論與實(shí)際相符。本文為齒輪靜力分析提供了寶貴的理論依據，具有重要的實(shí)際意義。

　　參考文獻：

　　[1]謝進(jìn)，萬(wàn)朝艷，杜力杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

　　[2]邱宣懷.機械設計[M].北京：高等教育出版社，1997.

　　[3]戴進(jìn)，鐘定銘.基于齒輪加工原理的精確建模及ANSYS有限元分析[J].機電工程技術(shù)，2008，37(04)：77-79.

　　[4]宋劍鋒.ANSYS有限元分析[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

　　[5]鄭正，雷君相，羅宇舟.基于A(yíng)NSYS對塑料齒輪的結構靜力學(xué)分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2009，32(5)：163-166.

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