课程设计之齿轮啮合有限元分析

目 录

1问题的提出 ......................................................................................................................................... 1 2模型的建立 ......................................................................................................................................... 1 3单元类型与特性确定 .......................................................................................................................... 2 4网格划分 ............................................................................................................................................. 4 5创建接触对 ......................................................................................................................................... 5 6边界条件定义及ANASYS求解 ........................................................................................................ 9 7结果分析及优化................................................................................................................................ 12 8 总结 .................................................................................................................................................. 16

齿轮啮合有限元分析

1问题的提出

齿轮是机械中常用的一种零件，其在工作的过程中会产生应力，应变和变形，为保证其正常工作需要对齿轮的轮齿和整体受力进行分析，保证其刚度和强度的要求。本论文采用ANSYS软件对齿轮进行静力学分析和优化实现对齿轮的虚拟设计。

齿轮是最重要的零件之一。它具有功率范围大，传动效率高，传动比正确，使用寿命长等特点，但从零件失效的情况来看，齿轮也是最容易出故障的零件之一。据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占故障总数的60%以上。其中轮齿的折断又是齿轮失效的主要原因之一。

齿轮啮合过程作为一种接触行为, 因涉及接触状态的改变而成为一个复杂的非线性问题。传统的齿轮理论分析是建立在弹性力学基础上的, 对于齿轮的接触强度计算均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础,在计算过程中存在许多假设,不能准确反映齿轮啮合过程中的应力以及应变分布与变化。相对于理论分析,有限元法则具有直观、准确、快速方便等优点。

齿廓曲面是渐开线曲面，所以建模的难点和关键在于如何确定精确的渐开线。本文先在proe中建立标准直齿圆柱齿轮的三维模型，然后导入ANSYS中，应用ANSYS软件进行网格划分，并进行静力加载和求解，对求解的结果进行查看，分析和优化。

2模型的建立

鉴于anasys的三维建模能力一般，本文通过在proe中建立标准直齿圆柱齿轮的三维模型，保存副本为PARASOLID（*x_t）格式，然后在anasys中导入：file>import>PARA，

导入anasys中如图2.1所示：

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电子科技大学研究生课程报告

图2.1

3单元类型与特性确定

3.1定义单元属性

定义材料属性中弹性模量206Gpa，泊松比PRXY：0.3，密度为:7.82×103kg/m3，在本文的讨论的问题中，摩擦因数Mu=0.3。具体的操作如下： 3.1.1定义网格单元

单击Main>Preprocessor>Element Type>Add Edit/Delete弹出单元类型选择对话框如图3.1所示，单击Add选择PLANE42，SOLID45。

图3.1

（1）单击【Add】按钮。弹出Library of Element Types(单元类型库)对话框，如图3.2所示。在图中左边的列表框中选择欲添加的单元类别(有梁、管，壳，实体等)，此处选择Solid(实体)类别，然后在右边的列表框中选择具体的单元类型，

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齿轮啮合有限元分析

此处选择四节点四边形单元，Quad 4node 42。

图3.2单元类型库对话框

（2）选择完毕单击【OK】按钮，如果确定了当前选择后还想继续添加单元类型，单击【Apply】按钮。将返回到如图3.3所示的Element Types对话框。

（3）如果想改变单元的其他输入选项单击【Options…】按钮。出现如图3.14所示的element type options（单元类型选项）对话框。

（4）确定后单击【OK】按钮，返回到如图3.4所示的对话框后单击【Close】按钮，结束单元类型的添加。

图3.3添加单元类型对话框

图3.4 单元类型选项对话框

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