基于ANSYS的齿轮应力有限元分析 下载本文

格划分过程分为两个步骤:(1)定义单元属性;(2)定义网格生成控制并生成网格。 在单元库中选择SOLID42两齿轮的实体单元,因为SOLID42 为四边形单元,有四个节点,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。

单击/preprocessor/meshing/meshtool/,如图13所示,在弹出的对话框如图14meshtool中选择smartsize,6级精度,单击mesh,选择所要划分的两个齿轮。

图13主菜单中划分网格 图14开始划分网格

25 定义材料属性中弹性模量EX=2.06?10N?mm,泊松比PRXY=0.3,摩擦系数为MU=0.3。要求出精确解,就要在啮合区域进一步细分网格,细分结果见图(15):

图15 划分网格后的齿轮

4.2创建接触对

利用ansys接触向导(见下图18),单击左上角创建接触对按钮,弹出如图16所示contact wizard对话框,在targetsurface下选择线,单击pick target弹出selectlinesfor…如图17所示对话框,将啮合小齿轮的齿廓线2和大齿轮的齿廓线1设置为接触对,是齿廓线1为接触面,齿廓线2为目标面,最终生成解除对(见下图19)。同时,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。

图16选择接触类型 图17选择要接触的线

图18ANSYS接触向导 图19接触对

4.3施加边界条件和载荷

接触区域应能保证它足以描述所需要的接触行为。Ansys面-面接触单元使用GAUSS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,把节点坐标系换到柱坐标系,单击应用菜单中的/select/entieies/在弹出的对话框中选择lines/by num and pick/选择小齿轮中内径圆的四条线,之后在选择nodes/attach to/lines all,再单击/preprocessor/modeling/move/modify/rotate node cs/to active cs,则小齿轮的内径圆上的节点坐标系全部转换为柱坐标系,此时X,Y分别代表R,?。单击/preprocessor/solution/define loads/displacement/on nodes(如图20所示),在弹出的对话框中定义x方向固定不动,使其只有绕齿轮回转中心的转动自由度,即约束X轴。再次单击/preprocessor/solution/define loads/force and moments/on nodes(如图21所示),在弹出的对话框中选择fy,输入fy的值为-82.9N,则至此小齿轮上的边界条件和载荷施加完毕。同理,约束大齿轮安装孔表面上的节点的所有自由度。约束结果见图16所示

图20定义约束 图21施加载荷

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

FY??转矩??82.9

内圈节点数?内圈半径FY值为负,即小齿轮绕轴线顺时针旋转,加载结果见图16所示。

图16加载载荷和约束后的齿轮

4.4求解

对于非线性问题的ANSYS的方程求解器采用带校正的现行近似来求解。它将载荷分成一系列的载荷向量,可以在几个载荷步内或者一个子步内施加。ANSYS使用牛顿-拉普森平衡迭代的算法,迫使在每个载荷增量的末端解达到平衡收敛(在某个容限范围内)。每次求解前,完全的NR算法估算出残差矢量,这个矢量是回复力(对应于单元应力的载荷)和所加载荷的差值,然后载荷增量的末端解答到平衡收敛(在某个容限范围内)。然后使用非平衡载荷进行线性求解,且核查收敛性。如果不满足收敛准则,重新估算非平衡载荷,修改刚度矩阵,获得新解直到问题收敛。此例采用一个载荷步(其他均为缺省值)进行静力学分析。

单击main menu/preprocessor/solve/current ls,经过一段时间后,弹出一个命令框(如图22所示),显示‘solution is done!’,至此求解完毕。

图22 求解完毕