ANSYS齿轮接触应力分析案例

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1、齿轮的接触分析实例分析问题：一对啮合的齿轮在工作时产生接触，分析其接触的位置、面积和接触力的大小。齿轮的接触分析实例1.相关系数 齿顶直径：24 齿底直径：20 齿数：10 厚度：4 密度：弹性模量：摩擦系数：中心距：44齿轮的接触分析实例2.建立模型2.1 设定分析作业名和标题（1）从菜单中选择FileChange Jobname，打开“Change Jobname”命令，修改文件名。自定义新的文件名为“gearscontact”，单击【OK】按钮，完成文件名的修改。齿轮的接触分析实例（2）从实用菜单中选择FileChange Directory,打开“Change Directory”命令

2、，可以自定义该文件的目标文件夹，单击【确定】按钮。齿轮的接触分析实例（3）从实用菜单中选择FileChange Title，打开“Change Title”命令，可以自定义修改文件标题。新的文件标题为“contact analysis of two gears”，为本实例的标题名。单击【OK】按钮确定。齿轮的接触分析实例(4)从实用菜单中选择PlotReplot命令，自定义的标题”contact analysis of two gears”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。齿轮的接触分析实例2.2

3、定义单元类型（1）从主菜单中选择PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,打开“Element Type”对话框，单击【Add】。（2）在下图的列表框中选择“Solid”,“4node 182”,单击【OK】。齿轮的接触分析实例(3)在下图的Element Types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】。齿轮的接触分析实例2.3 定义实常数（1）从主菜单中选择PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete，打开如下图的“实常数”对话框

4、，点击【Add】,设置实常数单元类型。齿轮的接触分析实例（2）在弹出的对话框中点击【OK】，弹出如下对话框，点击【OK】，在弹出的对话框中将厚度设置为4。设置完毕，点击【OK】。齿轮的接触分析实例 设置完毕后，点击【Close】关闭实常数对话框。齿轮的接触分析实例2.4 定义材料属性（1）从主菜单中选择PreprocessorMaterial PropsMaterial Models，如下图所示依次双击StructuralLinearElasticIsotropic。齿轮的接触分析实例在弹出的对话框中设置材料的弹性模量EX=2.06E11,泊松比。如下图所示。设置完毕后点击【OK】，回到材料属

5、性对话框界面。齿轮的接触分析实例（2）依次双击StructuralDensity，设置材料密度为。完毕点击【OK】退出。齿轮的接触分析实例（3）依次双击StructuralFriction Coefficient，打开材料摩擦系数对话框。如下图，设置摩擦系数为。完毕点击【OK】，并退出材料属性设置对话框。齿轮的接触分析实例2.5 建立齿轮面模型(1)将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical。（2）定义一个关键点。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateKeypoin

6、tsIn Active CS。b.建立关键点1。如下图，完毕点击【OK】。齿轮的接触分析实例（3）定义一个点作为辅助点。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS。b.建立辅助点110。如下图，完毕点击【OK】。齿轮的接触分析实例（4）偏移工作平面到给定位置。a.从实用菜单中选择WorkPlaneOffset WP toKeypoints+。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WorkPlaneOffset WP by Increments。b.在“XY,YZ,ZX,

7、ZXAngles”文本框中输入-50,0,0,点击【OK】.齿轮的接触分析实例（6）将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane。（7）建立第二个关键点。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS。b.建立关键点2。如下图，完毕点击【OK】。齿轮的接触分析实例（8）将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical。（9）建立其余的辅助点。按照与（3）同样的步骤

8、建立其余的辅助点，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）。齿轮的接触分析实例（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WorkPlaneOffset WP by Increments。b.在“XY,YZ,ZX,ZX Angles”文本框中输入3,0,0,点击【OK】。（12）将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane。（13）建立第三个关键点。a.从主菜单选择

9、PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS。b.建立关键点3。如下图，完毕点击【OK】。齿轮的接触分析实例（14）重复以上步骤，建立其余的辅助点和关键点：按照（10）-（13）步，分别把工作平面平移到编号为130，140，150，160的辅助点，然后旋转工作平面，旋转角度均为3,0,0，再讲工作平面设为当前坐标系，在工作平面中分别建立编号为4，5，6，7的关键点，其坐标依次为（，0）、（，0）、（，0）、（，0）。建立完毕后的结果如下图所示：齿轮的接触分析实例（15）建立编号为8，9，10的关键点。a.将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜

10、单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical。齿轮的接触分析实例b.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS。c.建立关键点8。完毕点击【Apply】。d.建立关键点9。X=24,Y=13。完毕点击【Apply】。g.建立关键点10。X=20,Y=-5。完毕点击【OK】。建立完毕后的结果如右图所示：齿轮的接触分析实例(16)在柱面坐标系中创建圆弧线。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateLines Straight Line+。b.分别选择关

11、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，完毕点击【OK】。（17)把齿轮边上的线加起来，使其成为一条线。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines。b.在图形窗口选择方才建立的齿轮边上的线，在对话框中点击【OK】。齿轮的接触分析实例c.ANSYS提示是否删除原来的线，选择【Delete】，点击【OK】。（18）偏移工作平面到总坐标系的原点：WorkPlaneOffset WP toGlobal Origin。（19）将工作平面与总体坐标系对齐：WorkPlaneAlign WP withGloba

12、l Cartesian。齿轮的接触分析实例(20)将工作平面旋转13。a.从实用菜单中选择WorkPlaneOffset WP by Increments。b.在“XY,YZ,ZX Angles”文本框中输入13,0,0,点击【OK】。(21)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane。（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PreprocessorModelingReflectLines。b.在对话框中选【Pick All】。c.在弹出的对话框选择X-Z面，在增量中输入1000单击【OK

13、】，选择”Copied”，如下图。镜像结果。齿轮的接触分析实例齿轮的接触分析实例（23）把齿顶上的两条线粘起来。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines。b.选择齿顶上的两条线，点击【OK】。（24）把齿顶上的两条线加起来，成为一条线。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines。b.选择齿顶上的两条线，点击【OK】。(25)在柱坐标系下复制线。a.将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cyl

14、indrical。齿轮的接触分析实例b.从主菜单选择PreprocessorModelingCopyLines。c.点击【Pick All】。d.在弹出的提示框中按下图输入，点击【OK】。（Fit view）齿轮的接触分析实例（26）把齿底上的所有线粘起来。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines。b.分别选择齿底上的两条线，点击【OK】。（27）把齿顶上的两条线加起来，成为一条线。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines。b.分别选择齿底上的两条线，点击【OK】。c.

15、把齿底上的所有线加起来。(28)把所有线粘起来。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines。齿轮的接触分析实例b.点击【Pick All】。结果如下图：齿轮的接触分析实例（29）用当前定义的所有线生成一个面。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateAreas ArbitraryBy Lines。b.选取所有的线，点击【OK】，结果如下图：齿轮的接触分析实例（30）创建圆面。a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateAreas CircleSolid Circle。b.X=0,Y=

16、0,Radius=8，点击【OK】。齿轮的接触分析实例（31）从齿轮面中减去圆面。a.从主菜单选择PreprocessorModelingOperateBooleansSubtract Areas。b.选择齿轮面作为布尔减的母体，单击【Apply】；选择刚才建立的圆面作为布尔减的对象，单击【OK】，如下图所示。齿轮的接触分析实例(32)在直角坐标系下复制面。a.将当前坐标系设置为总直角坐标系。从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cartesian。b.从主菜单中选择PreprocessorModelingCopyAreas。c.点击【Pick

17、 All】，出现如下对话框，在复制数量中填2，DX=44。如下图所示：齿轮的接触分析实例复制所得结果如下图所示：齿轮的接触分析实例（33）创建局部坐标系。a.从实用菜单中选择WorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc+。b.在“Global Cartesian”文本框中输入44,0,0，点击【OK】。如右上图所示。c.在”Create Local CS At Specified Location”中第一行输入11，第二行选择“Cylindrical 1”，第三行输入44，0，0。点击【OK】。如右下图所示。齿

18、轮的接触分析实例（34）将当前坐标系设置为局部坐标系。a.从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toSpecified Coord Sys。b.在文本框中输入11，如下图，点击【OK】。（35）在局部坐标系下复制面。a.从主菜单中选择PreprocessorModelingCopyAreas。b.选择生成的第二个面，点击【OK】。齿轮的接触分析实例c.ANSYS会提示复制的数量和偏移的坐标。数量为2，Y偏移量为，点击【OK】，如右上图所示：这样产生了第三个面，如右下图所示：齿轮的接触分析实例（36）删除第二个面。a.从主菜单中选择PreprocessorMode

19、lingDeleteArea and Below。b.选择第二个面。生成的结果如下图：齿轮的接触分析实例2.6 对齿面划分网格（1）从主菜单中选择PreprocessorMeshingMeshTool。（2）选择“Mesh”域中的“Areas”，点击【Mesh】，如右图所示。弹出面选择对话框，要求选择要划分的面，点击【Pick All】。齿轮的接触分析实例c.划分网格完毕。划分结果如上图所示：齿轮的接触分析实例2.7 定义接触对（1）从应用菜单中选择SelectEntities，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，选择一个齿轮上可能与另一

20、个齿轮相接触的线，点击【OK】，如下右图所示。齿轮的接触分析实例（3）在实体选择对话框中选择“Nodes”,在选择方式中选择“Attached to”,在单选列表中选择“Lines,all”。如下图所示：（4）从实用菜单中选择SelectComo/AssemblyCreate Component，在“Component name”文本框中输入”node1”,点击【OK】，如下图所示：齿轮的接触分析实例（5）从实用菜单中选择SelectEverything。（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“By Num/Pick”,点击【Apply】，弹出线选择对话框，选择另

21、一个齿轮上可能与前一个齿轮相接触的线，点击【OK】。（7）在实体选择对话框中选择“Nodes”,在选择方式中选择“Attached to”,在单选列表中选择“Lines,all”。（8）从实用菜单中选择SelectComo/AssemblyCreate Component，在“Component name”文本框中输入”node2”,点击【OK】。（9）从实用菜单中选择SelectEverything。齿轮的接触分析实例（10）点击工具栏中的【接触定义向导】按钮（最后一项）如下图所示：（11）ANSYS会打开如下对话框：（12）选择工具条中的第一项，会打开下一步操作向导，在对话框中选择”NOD

22、E2”，并点击【Next】。如下图所示：齿轮的接触分析实例（13）在对话框选取“NODE1”，点击【NEXT】后，出现如下图所示对话框：齿轮的接触分析实例（14）点击【Create】,显示建立接触对的结果：齿轮的接触分析实例3.定义边界条件并求解3.1 施加位移边界（1）将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical。（2）从主菜单中选择PreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Active CS，打开节点选择的对话框，要求选择欲旋转的坐标系的节

23、点。（3）选择第一个齿轮内径上所有节点：a.点击【Pick All】,节点的节点坐标系都将被旋转到当前激活的总体坐标系下。b.从实用菜单中选择SelectEntities，弹出实体选择对话框,齿轮的接触分析实例 按照左图所示选择第一个齿轮内径上所有的节点。（4）从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes，代开节点选择对话框，要求选择欲施加位移约束的节点。（5）选择第一个齿轮内径上所有节点，点击【Pick All】，打开在节点上施加位移约束对话框。如下图所示。选择”UX”方向，即施加径向位移约束，点击【OK】。齿轮

24、的接触分析实例3.2 施加第一个齿轮位移载荷及第二个齿轮的位移边界条件求解（1）从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes，打开节点选择对话框，选择第一个齿轮内径上所有节点，点击【Pick All】,打开在节点上施加位移约束对话框，按照下图所示，在”UY”周向上施加位移约束，点击【OK】。齿轮的接触分析实例（2）从实用菜单中选择SelectEverything。（3）从实用菜单中选择WorkPlaneChange Actives CS toSpecified Coord Sys，在弹出的对话框中坐标编号中填11，

25、如下图所示，点击【OK】。（4）从实用菜单中选择SelectEntities，弹出实体选择对话框,按照下图所示选择第二个齿轮内径上所有节点。齿轮的接触分析实例（5）从主菜单中选择SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes，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【Pick All】,打开在节点上施加位移约束对话框，按照下图所示，在”All DOF”上施加0，点击【OK】。（6）从实用菜单中选择SelectEverything。齿轮的接触分析实例（7）从主菜单中选择SolutionAnalysis TypeSoln

26、 Controls,打开求解控制对话框，在“Analysis Options”下拉列表中选择“Large Displacement Static”,“Time at end of Loadstep”文本框中输入1，在“Number of substeps”文本框中输入20，点击【OK】，如下图所示：齿轮的接触分析实例（8）从主菜单中选择SolutionSolveCurrent LS,打开一个确认对话框和状态列表，如下图所示，要求查看列出的求解选项，查看列表中的信息确认无误后，点击【OK】，开始求解。（9）点击【Close】,关闭求解。齿轮的接触分析实例齿轮的接触分析实例4.查看结果4.1 查看

27、von Mises等效应力 从主菜单中选择General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu,打开“Contour Nodal Solution Data”对话框，选择“Stress”,复选“von Mises stress”。点击【OK】。出现“von Mises”等效应力分布图。齿轮的接触分析实例4.2 查看接触应力 从主菜单中选择General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu,打开“Contour Nodal Solution Data”对话框，选择“ContactContact pressure”。点击【OK】。等效应力分布图。齿轮的接触分析实例4.3 动画显示 从实用菜单中选择PlotCtrlsAnimateMode Shape，选DOF solutionUSUM,点击【OK】。