基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析供参习.docVIP

课 程 论 文 (2015-2016学年) 基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析 提交日期： 签名： 学 号 学 院 课程编号 课程名称 有限元分析-Ansys 学位类别 任课教师 教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日 基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析 摘要：空间曲线啮合齿轮是近几年来华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，对该齿轮的弯曲应力和强度设计准则都有了一定的研究。因此，本文主要是利用ANSYS WORKBENCH软件来对该齿轮来进行接触分析的进行探讨，介绍了接触分析的方法，为空间曲线啮合齿轮提供了一种新的分析方法。用两个初始参数几乎完全一样的两个齿轮对来进行比较分析，得到交错轴齿轮比交叉轴齿轮的等效应力更大；安装位置对分析的结果的影响也很大；等效应变和变形都能够满足我们实际的需求等这些结论。 关键词：ANSYS WORKBENCH 空间曲线啮合齿轮 接触分析 引言 传统的齿轮的形式多种多样，用有限元对传统齿轮的机构进行分析是目前研究采用得最多的一种方法。而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。因此近年来，国内外学者开始采用接触有限元法对齿轮进行分析。接触有限元法来分析齿轮结构，为齿轮的快速设计和进一步的优化设计提供条件。 空间曲线啮合齿轮(Space Curve Meshing Wheel, SCMW) [1~3]是近几年来由华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，而空间曲线啮合交错轴齿轮则是可以运用于空间交错轴上的啮合齿轮。不同于基于齿面啮合理论的传统齿轮机构[4、5]，它们是基于一对空间共轭曲线的点啮合理论。它的特点是：传动比大、小尺寸、质量轻等。课题组前期已经研究了适用于该空间曲线啮合轮机构的空间曲线啮合方程[6]，重合度计算公式[7]，强度设计准则[8]以及制造技术[9]等，并设计出微小减速器[10]。同时，对于该齿轮的等强度设计等方面正在进行研究。 ANSYS WORKBENCH是用ANSYS 求解实际问题的产品，它是专门从事于模型分析的有限元软件，能很好地和现有的CAD三维软件无缝接口，来对模型进行静力学、动力学和非线性分析等功能。由于空间曲线啮合齿轮主要运用于微小型或者是微型机械装置中，传递的力非常的小，主要用来传递运动，因此，点蚀和磨损都不是它的主要失效形式。本文主要是用ANSYS WORKBENCH对该齿轮进行接触分析，来探讨整个机构在此情况下的应力状态。 空间曲线啮合齿轮的建模 空间曲线啮合齿轮[11]，包括主动轮、从动轮、主动钩杆和从动钩杆，主动钩杆均匀布置在主动轮圆柱体上底面的圆周上，从动钩杆均匀布置在从动轮圆柱体的圆周上，主动轮和从动轮组成一对传动副。 由前面的研究可以得知，空间曲线啮合齿轮主要是先创建出两共轭的主、从动接触线分别；然后以接触线为导线，以圆为母线来建立主、从动钩杆，从而得到空间曲线啮合齿轮。本论文将讨论两个例子，一个是两轴为同平面的垂直齿轮对，另一个是两轴在不同平面的交错垂直齿轮对。 两轴为同平面的垂直齿轮对 它的基本设计参数如下：，，，，，，和，即可以得到它的主动接触线[12]为： 而从动接触线的方程[12]为： 则在proe软件上建立得到接触线，并以半径为0.6的圆为母线进行建模和装配仿真，则可以得到空间曲线啮合交错轴齿轮的图形如下图1所示： 图1 两轴同平面的垂直齿轮对 两轴在不同平面的交错垂直齿轮对 它的基本设计参数如下：，，，，，，和，即可以得到它的主动接触线[11]为： 而从动接触线的方程[11]为： 则在proe软件上建立得到接触线，并以半径为0.6的圆为母线进行建模和装配仿真，则可以得到空间曲线啮合交错轴齿轮的图形如下图2所示： 图2两轴在不同平面的交错垂直齿轮对 在ANSYS WORKBENCH上的接触分析 ANSYS WORKBENCH[13~15]能与PROE无缝连接，点击进入后得到的界面为图3所示。由此可以在左边的Static Structural静力学分析工具拖入到A工具栏的右边框架上，并让A中的A2栏Geometry与B2栏中的Geometry进行连接，则在静力学分析中已经导入了ANSYS WORKBENCH分析软件，可进行分析，其界面如图4所示。由此则可进行下面的材料定义，接触对建立，划分网格，约束和加载和最后的后处理等一系列的工作，具体如下文所示。 图3 ANSYS WORKBENCH 界面 图4 静力学分析的导入 （1）材料属性 一般