ANSYS齿轮接触分析案例

齿轮接触分析实例

分析问题：一对啮合齿轮在工作时产生接触，分析其接触位置、面积和接触力大小。第1页齿轮接触分析实例1.有关系数齿顶直径：24齿底直径：20齿数：10厚度：4密度：7.8E3弹性模量：2.06E11摩擦系数：0.1中心距：44第2页齿轮接触分析实例2.建立模型2.1设定分析作业名和标题（1）从菜单中选择File>ChangeJobname，打开“ChangeJobname”命令，修改文献名。自定义新文献名为“gearscontact”，单击【OK】按钮，完成文献名修改。第3页齿轮接触分析实例（2）从实用菜单中选择File>ChangeDirectory,打开“ChangeDirectory”命令，能够自定义该文献目标文献夹，单击【确定】按钮。第4页齿轮接触分析实例（3）从实用菜单中选择File>ChangeTitle，打开“ChangeTitle”命令，能够自定义修改文献标题。新文献标题为“contactanalysisoftwogears”，为本实例标题名。单击【OK】按钮确定。第5页齿轮接触分析实例(4)从实用菜单中选择Plot>Replot命令，自定义标题”contactanalysisoftwogears”将显示在窗口左下角。（5）从主菜单中选择Preference命令，在对话框中选择“Structural”复选框，单击【OK】按钮。第6页齿轮接触分析实例2.2定义单元类型（1）从主菜单中选择Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,打开“ElementType”对话框，单击【Add】。（2）在下列图列表框中选择“Solid”,“4node182”,单击【OK】。第7页齿轮接触分析实例(3)在下列图ElementTypes对话框中单击【Options】弹出单元选项对话框，对PLANE182单元进行设置。设置完成后点击【OK】，然后【Close】。第8页齿轮接触分析实例2.3定义实常数（1）从主菜单中选择Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete，打开如下列图“实常数”对话框，点击【Add】,设置实常数单元类型。第9页齿轮接触分析实例（2）在弹出对话框中点击【OK】，弹出如下对话框，点击【OK】，在弹出对话框中将厚度设置为4。设置完成，点击【OK】。第10页齿轮接触分析实例设置完成后，点击【Close】关闭实常数对话框。第11页齿轮接触分析实例2.4定义材料属性（1）从主菜单中选择Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels，如下列图所示依次双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic。第12页齿轮接触分析实例在弹出对话框中设置材料弹性模量EX=2.06E11,泊松比PRXY=0.3。如下列图所示。设置完成后点击【OK】，回到材料属性对话框界面。第13页齿轮接触分析实例（2）依次双击Structural>Density，设置材料密度为7.8E3。完成点击【OK】退出。第14页齿轮接触分析实例（3）依次双击Structural>FrictionCoefficient，打开材料摩擦系数对话框。如下列图，设置摩擦系数为0.1。完成点击【OK】，并退出材料属性设置对话框。第15页齿轮接触分析实例2.5建立齿轮面模型(1)将目前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindrical。（2）定义一种关键点。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。b.建立关键点1。如下列图，完成点击【OK】。第16页齿轮接触分析实例（3）定义一种点作为辅助点。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。b.建立辅助点110。如下列图，完成点击【OK】。第17页齿轮接触分析实例（4）偏移工作平面到给定位置。a.从实用菜单中选择WorkPlane>OffsetWPto>Keypoints+。b.在ANSYS图形窗口选择110号辅助点，点击【OK】。（5）旋转工作平面a.从实用菜单中选择WorkPlane>OffsetWPbyIncrements。b.在“XY,YZ,ZX,ZXAngles”文本框中输入-50,0,0,点击【OK】.第18页齿轮接触分析实例（6）将激活坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlane>ChangeActivesCSto>WorkingPlane。（7）建立第二个关键点。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。b.建立关键点2。如下列图，完成点击【OK】。第19页齿轮接触分析实例（8）将目前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindrical。（9）建立其他辅助点。 按照与（3）同样步骤建立其他辅助点，设置编号一次为120，130，140，150，160，其坐标依次为（16，43）、（16，46）、（16，49）、（16，52）、（16，55）。第20页齿轮接触分析实例（10）按照步骤（4），将工作平面平移到第二个辅助点。（11）旋转工作平面。a.从实用菜单中选择WorkPlane>OffsetWPbyIncrements。b.在“XY,YZ,ZX,ZXAngles”文本框中输入3,0,0,点击【OK】。（12）将激活坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlane>ChangeActivesCSto>WorkingPlane。（13）建立第三个关键点。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。b.建立关键点3。如下列图，完成点击【OK】。第21页齿轮接触分析实例（14）反复以上步骤，建立其他辅助点和关键点：按照（10）-（13）步，分别把工作平面平移到编号为130，140，150，160辅助点，然后旋转工作平面，旋转角度均为3,0,0，再讲工作平面设为目前坐标系，在工作平面中分别建立编号为4，5，6，7关键点，其坐标依次为（14.513，0）、（15.351，0）、（16.189，0）、（17.027，0）。建立完成后成果如下列图所示：第22页齿轮接触分析实例（15）建立编号为8，9，10关键点。a.将目前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindrical。第23页齿轮接触分析实例b.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS。c.建立关键点8。X=24,Y=9.857。完成点击【Apply】。d.建立关键点9。X=24,Y=13。完成点击【Apply】。g.建立关键点10。X=20,Y=-5。完成点击【OK】。建立完成后成果如右图所示：第24页齿轮接触分析实例(16)在柱面坐标系中创建圆弧线。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Lines>StraightLine+。b.分别选择关键点10和1，1和2，2和3，3和4，4和5，5和6，6和7，7和8，8和9，完成点击【OK】。（17)把齿轮边上线加起来，使其成为一条线。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines。b.在图形窗口选择方才建立齿轮边上线，在对话框中点击【OK】。第25页齿轮接触分析实例c.ANSYS提醒是否删除本来线，选择【Delete】，点击【OK】。（18）偏移工作平面到总坐标系原点：WorkPlane>OffsetWPto>GlobalOrigin。（19）将工作平面与总体坐标系对齐：WorkPlane>AlignWPwith>GlobalCartesian。第26页齿轮接触分析实例(20)将工作平面旋转13°。a.从实用菜单中选择WorkPlane>OffsetWPbyIncrements。b.在“XY,YZ,ZXAngles”文本框中输入13,0,0,点击【OK】。(21)将激活坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlane>ChangeActivesCSto>WorkingPlane。（22）将所有线沿着X-Z面进行镜像（在Y方向）。a.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Reflect>Lines。b.在对话框中选【PickAll】。c.在弹出对话框选择X-Z面，在增量中输入1000单击【OK】，选择”Copied”，如下列图。镜像成果。第27页齿轮接触分析实例第28页齿轮接触分析实例（23）把齿顶上两条线粘起来。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines。b.选择齿顶上两条线，点击【OK】。（24）把齿顶上两条线加起来，成为一条线。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines。b.选择齿顶上两条线，点击【OK】。(25)在柱坐标系下复制线。a.将目前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindrical。第29页齿轮接触分析实例b.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Copy>Lines。c.点击【PickAll】。d.在弹出提醒框中按下列图输入，点击【OK】。（Fitview）第30页齿轮接触分析实例（26）把齿底上所有线粘起来。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines。b.分别选择齿底上两条线，点击【OK】。（27）把齿顶上两条线加起来，成为一条线。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Lines。b.分别选择齿底上两条线，点击【OK】。c.把齿底上所有线加起来。(28)把所有线粘起来。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines。第31页齿轮接触分析实例b.点击【PickAll】。成果如下列图：第32页齿轮接触分析实例（29）用目前定义所有线生成一种面。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ByLines。b.选用所有线，点击【OK】，成果如下列图：第33页齿轮接触分析实例（30）创建圆面。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>SolidCircle。b.X=0,Y=0,Radius=8，点击【OK】。第34页齿轮接触分析实例（31）从齿轮面中减去圆面。a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Areas。b.选择齿轮面作为布尔减母体，单击【Apply】；选择刚才建立圆面作为布尔减对象，单击【OK】，如下列图所示。第35页齿轮接触分析实例(32)在直角坐标系下复制面。a.将目前坐标系设置为总直角坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCartesian。b.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Copy>Areas。c.点击【PickAll】，出现如下对话框，在复制数量中填2，DX=44。如下列图所示：第36页齿轮接触分析实例复制所得成果如下列图所示：第37页齿轮接触分析实例（33）创建局部坐标系。a.从实用菜单中选择WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc+。b.在“GlobalCartesian”文本框中输入44,0,0，点击【OK】。如右上图所示。c.在”CreateLocalCSAtSpecifiedLocation”中第一行输入11，第二行选择“Cylindrical1”，第三行输入44，0，0。点击【OK】。如右下列图所示。第38页齿轮接触分析实例（34）将目前坐标系设置为局部坐标系。a.从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>SpecifiedCoordSys。b.在文本框中输入11，如下列图，点击【OK】。（35）在局部坐标系下复制面。a.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Copy>Areas。b.选择生成第二个面，点击【OK】。第39页齿轮接触分析实例c.ANSYS会提醒复制数量和偏移坐标。数量为2，Y偏移量为-8.9，点击【OK】，如右上图所示：这样产生了第三个面，如右下列图所示：第40页齿轮接触分析实例（36）删除第二个面。a.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Delete>AreaandBelow。b.选择第二个面。生成成果如下列图：第41页齿轮接触分析实例2.6对齿面划分网格（1）从主菜单中选择Preprocessor>Meshing>MeshTool。（2）选择“Mesh”域中“Areas”，点击【Mesh】，如右图所示。弹出面选择对话框，要求选择要划分面，点击【PickAll】。第42页齿轮接触分析实例c.划分网格完成。划分成果如上图所示：第43页齿轮接触分析实例2.7定义接触对（1）从应用菜单中选择Select>Entities，在类型下拉列表中选“Lines”,点击【Apply】，如下左图所示。（2）打开先选择对话框，选择一种齿轮上也许与另一种齿轮相接触线，点击【OK】，如下右图所示。第44页齿轮接触分析实例（3）在实体选择对话框中选择“Nodes”,在选择方式中选择“Attachedto”,在单选列表中选择“Lines,all”。如下列图所示：（4）从实用菜单中选择Select>Como/Assembly>CreateComponent，在“Componentname”文本框中输入”node1”,点击【OK】，如下列图所示：第45页齿轮接触分析实例（5）从实用菜单中选择Select>Everything。（6）在实体选择对话框中在类型下拉列表中选“Lines”,选择方式选“ByNum/Pick”,点击【Apply】，弹出线选择对话框，选择另一种齿轮上也许与前一种齿轮相接触线，点击【OK】。（7）在实体选择对话框中选择“Nodes”,在选择方式中选择“Attachedto”,在单选列表中选择“Lines,all”。（8）从实用菜单中选择Select>Como/Assembly>CreateComponent，在“Componentname”文本框中输入”node2”,点击【OK】。（9）从实用菜单中选择Select>Everything。第46页齿轮接触分析实例（10）点击工具栏中【接触定义向导】按钮（最后一项）如下列图所示：（11）ANSYS会打开如下对话框：（12）选择工具条中第一项，会打开下一步操作向导，在对话框中选择”NODE2”，并点击【Next】。如下列图所示：第47页齿轮接触分析实例（13）在对话框选用“NODE1”，点击【NEXT】后，出现如下列图所示对话框：第48页齿轮接触分析实例（14）点击【Create】,显示建立接触对结果：第49页齿轮接触分析实例3.定义边界条件并求解3.1施加位移边界（1）将目前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>GlobalCylindrical。（2）从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Move/Modify>RotateNodeCS>ToActiveCS，打开节点选择对话框，要求选择欲旋转坐标系节点。（3）选择第一种齿轮内径上所有节点：a.点击【PickAll】,节点节点坐标系都将被旋转到目前激活总体坐标系下。b.从实用菜单中选择Select>Entities，弹出实体选择对话框,第50页齿轮接触分析实例按照左图所示选择第一种齿轮内径上所有节点。（4）从主菜单中选择Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>onNodes，代开节点选择对话框，要求选择欲施加位移约束节点。（5）选择第一种齿轮内径上所有节点，点击【PickAll】，打开在节点上施加位移约束对话框。如下列图所示。选择”UX”方向，即施加径向位移约束，点击【OK】。第51页齿轮接触分析实例3.2施加第一种齿轮位移载荷及第二个齿轮位移边界条件求解（1）从主菜单中选择Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>onNodes，打开节点选择对话框，选择第一种齿轮内径上所有节点，点击【PickAll】,打开在节点上施加位移约束对话框，按照下列图所示，在”UY”周向上施加位移约束-0.2，点击【OK】。第52页齿轮接触分析实例（2）从实用菜单中选择Select>Everything。（3）从实用菜单中选择WorkPlane>ChangeActivesCSto>SpecifiedCoordSys，在弹出对话框中坐标编号中填11，如下列图所示，点击【OK】。（4）从实用菜单中选择Select>Entities，弹出实体选择对话框,按照下列图所示选择第二个齿轮内径上所有节点。第53页齿轮接触分析实例（5）从主菜单中选择Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>onNodes，打开节点选择对话框，选择第二个齿轮内径上所有节点，点击【PickAll】,打