分析ANSYS的齿轮结构静力

分析ANSYS的齿轮结构静力

　　以下是小编准备的关于分析ANSYS的齿轮结构静力的论文，希望可以帮助大家!

　　摘要：本文基于强度分析的原理，利用三维建模软件SOLIDWORKS建立好齿轮模型，然后转换格式利用Pro/E和ANSYS接口，将齿轮模型导入到ANSYS中，从而在一定的载荷和约束作用下对齿轮进行强度分析。强度分析有动态分析和静态分析两种，本文只进行静态分析，分析齿轮的应力应变集中的地方是否合理，并从分析所得到的数据中研究其最大应力是否满足要求，从而完成对齿轮的结构静力分析。

　　关键词：强度分析 ANSYS 有限元分析 齿轮结构

　　1、前言

　　齿轮机构可以用来传递任意两轴之间的运动，其传递准确可靠，效率很高，而且齿轮机构是传统和现代机械中应用最为广泛的一种传动机构[1]。在各种零件失效的形式中，齿轮也是最容易出现失效的常见零件之一。而且零件的结构强度分析关系到所设计的机器能否正常工作并达到一定的使用要求，因此对齿轮的强度进行分析是很有必要的。强度分析的目的主要是分析零件的结构强度是否满足要求，分析所用的数据或图表的来源既可以是一些经验公式分析后得到的，也可以是从一些相关的强度分析软件中得到。一般的齿轮都是渐开线齿廓，可以利用相关的软件进行建模，如本文采用了美国参数技术公司开发的建模软件Pro/E进行齿轮建模，然后再导入ANSYS进行强度分析。

　　2、有限元模型的建立

　　2.1 几何模型的建立

　　齿轮的基本参数齿轮：模数m=2.5mm，齿数z=33，压力角α=25°，为正常齿制的齿轮，h*a=1，c*=0.25，齿宽b=94mm。

　　为了更加简便的建模，首先使用SOLIDWORKS软件将齿轮的三维实模型建立好。而且由于是结构静力分析，载荷往往只在一个齿上，为了使分析效率有所提高，又可以节约计算机的分析时间，根据圣维南原理，可将模型进行一定的简化。如图2-1所示。

　　2.2 模型的导入

　　2.2.1ANSYS简介

　　伴随有限元方法理论的发展，为了更好的使用有限元方法理论进行工程问题的分析求解，一些大型软件应运而生，其中就包括了ANSYS。ANSYSA是运用最为广泛的有限元分析软件之一，可以对分析对象进行动态、静态和热传导等分析。它还可以通过对分析对象输入相关属性、添加约束以及载荷后，可以由其相关的后处理模块进行应力、应变和温度等分析，进而得到相关的结果。

　　2.2.2模型的导入

　　齿轮其他的基本参数：齿轮的扭矩为T=325.320N·m，齿轮材料为40Cr[2]，密度为7.8×103kg/m3，弹性模量为211GPa，泊松比为0.277。

　　由于ANSYS存在有与Pro/E的接口，故可以把SOLIDWORKS建立好的模型另存为“prt”格式，再将模型导入ANSYS里面，进而就可以利用ANSYS进行有限元分析了。

　　2.3划分网格

　　为了对齿轮进行比较精确的结构静力分析，取简化后的模型为研究对象，考虑到一些实际的因素，如齿轮的齿形、齿轮的精度等，选用“solid95”型为有限元的网格单元。“solid95”是一种空间实体单元，适合曲线边界建模，且具备许多功能。采用“扫略”这种操作方式进行网格划分，网格的划分越精细，其结果也越精确，导入和划分后的图形如图2-2所示。

　　3、求解及后处理

　　对齿轮进行结构静力分析，约束主要是施加对圆柱孔面的约束以及一个齿面的约束。对齿轮施加的载荷为施加在圆柱孔面上的扭矩。这样经过施加约束和载荷后就可以用ANSYS的后处理来进行结构分析了。本文对齿面进行的是静态分析，因此选择通用的后处理对结果进行分析。通过求解理后可得到齿轮等效应力云图，如图2-3所示。

　　4、结果分析

　　采用通用后处理操作方式对求解的结果进行处理，通过彩色云图显示应力、应变的分布，以不同的颜色表示不同的应力值，这样之后使得齿轮的内部应力应变分布情况一目了然。从应力云图可知，齿轮的齿根部分出现了最大的应力，其最大的应力为522.962Mpa。齿根也是齿轮发生应力集中的主要部位，有极大的可能出现疲劳断裂的现象。一般的渐开线齿轮最容易出现的失效形式之一是断裂，它发生的位置也是在齿根部位，因此从这个结果上看，与实际工作的情况相吻合。

　　5、结束语

　　本文通过Pro/E和ANSYS接口技术，对工程实际中的齿轮在一定的载荷和约束条件下进行有限元分析，得到相关强度分析的数据，研究得到结论与实际相符。本文为齿轮静力分析提供了宝贵的理论依据，具有重要的实际意义。

　　参考文献：

　　[1]谢进，万朝艳，杜力杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

　　[2]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.

　　[3]戴进，钟定铭.基于齿轮加工原理的精确建模及ANSYS有限元分析[J].机电工程技术，2008，37(04)：77-79.

　　[4]宋剑锋.ANSYS有限元分析[M].北京：中国铁道出版社，2012.

　　[5]郑正，雷君相，罗宇舟.基于ANSYS对塑料齿轮的结构静力学分析[J].制造业自动化，2009，32(5)：163-166.

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