Workbench心得——行星齿轮瞬态动力学分析.doc
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workbench瞬态动力分析-文档资料
– 用于快速求解； – 不允许非线性因素存在 – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是完全自由度 的子集； – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。
DYNAMICS 11.0
• 完整矩阵：
– 不进行自由度缩减，采用完整的[K]、[C]和[M]矩阵； – 下面的讨论都是基于此种方法。
HHT 方法 –求解中间时间点的运动 方程然后外推到 t n+1. (Note: 缺省HHT方法 am = 0 )
求解方法
Training Manual
• 时间积分方案 - 时间积分参数, γ, a, d, af, am, 通过 求解控制选项输入
– TRNOPT, FULL ,,, ,, NMK|HHT ! 缺省 Newmark – [TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA ,,, ,,, ALPHAF,ALPHAM]
• 不同的a 和d 造成积分方案的变化 (隐式 / 显式 / 平均加速度 ). • Newmark 是隐式积分方案. • ANSYS/LS-DYNA 利用显式积分方案.
求解方法
• 时间积分方案 HHT 方法 :
Training Manual
DYNAMICS 11.0
Newmark 方法是求解 t n+1时刻的运动 方程
DYNAMICS 11.0
积分时间步长
• ITS 小到足够获取下列动力学现象：
– – – – 响应频率 载荷突变 接触频率 波传播效应
Training Manual
DYNAMICS 11.0
响应频率
• 响应频率
– 不同类型载荷激发系统不同的响 应频率； – ITS小到足够获取所关心的最高 响应频率（最低响应周期）； – 每个循环中有20个时刻点应是足 够的，即：
DYNAMICS 11.0
• 完整矩阵：
– 不进行自由度缩减，采用完整的[K]、[C]和[M]矩阵； – 下面的讨论都是基于此种方法。
HHT 方法 –求解中间时间点的运动 方程然后外推到 t n+1. (Note: 缺省HHT方法 am = 0 )
求解方法
Training Manual
• 时间积分方案 - 时间积分参数, γ, a, d, af, am, 通过 求解控制选项输入
– TRNOPT, FULL ,,, ,, NMK|HHT ! 缺省 Newmark – [TINTP,GAMMA,ALPHA,DELTA,THETA ,,, ,,, ALPHAF,ALPHAM]
• 不同的a 和d 造成积分方案的变化 (隐式 / 显式 / 平均加速度 ). • Newmark 是隐式积分方案. • ANSYS/LS-DYNA 利用显式积分方案.
求解方法
• 时间积分方案 HHT 方法 :
Training Manual
DYNAMICS 11.0
Newmark 方法是求解 t n+1时刻的运动 方程
DYNAMICS 11.0
积分时间步长
• ITS 小到足够获取下列动力学现象：
– – – – 响应频率 载荷突变 接触频率 波传播效应
Training Manual
DYNAMICS 11.0
响应频率
• 响应频率
– 不同类型载荷激发系统不同的响 应频率； – ITS小到足够获取所关心的最高 响应频率（最低响应周期）； – 每个循环中有20个时刻点应是足 够的，即：
WORKBENCH中的动力学分析简介PPT课件
第9章
WORKBENCH中的 动力学分析简介
第九章
WORKBENCH中的动力学分析简介
第一节 ANSYS WorkBench概述 第二节 WorkBench中的模态分行 第三节 WorkBench中的谐响应分析
WORKBENCH中的动力学分析
第一节 ANSYS WORKBENCH概述
• 什么是 ANSYS Workbench?
Availability
x x x x
… 接触域
• 对于 ANSYS 专业licenses 和更高的licenses, 在模态分析中，存在更多 的接触选项:
• 对于粗糙和无摩擦的接触 , “Inter fac e Treatment ” 能被转变为 “Adjusted to Touch,” 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离 接触来进行处理. (假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在, 这 些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算.)
• 关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分B. 在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷 才被考虑.
• 在模态分析中可以使用各种约束: • 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附 近. 与静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动. • 边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响部件的振型和固有频率. 因此需要仔细考 虑模型是如何被约束的.
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型(续):
• 谐分析: • 计算结构在正弦激励下的响应.
• 线性屈曲: • 计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态.
WORKBENCH中的 动力学分析简介
第九章
WORKBENCH中的动力学分析简介
第一节 ANSYS WorkBench概述 第二节 WorkBench中的模态分行 第三节 WorkBench中的谐响应分析
WORKBENCH中的动力学分析
第一节 ANSYS WORKBENCH概述
• 什么是 ANSYS Workbench?
Availability
x x x x
… 接触域
• 对于 ANSYS 专业licenses 和更高的licenses, 在模态分析中，存在更多 的接触选项:
• 对于粗糙和无摩擦的接触 , “Inter fac e Treatment ” 能被转变为 “Adjusted to Touch,” 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离 接触来进行处理. (假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在, 这 些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算.)
• 关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分B. 在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷 才被考虑.
• 在模态分析中可以使用各种约束: • 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附 近. 与静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚体运动. • 边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响部件的振型和固有频率. 因此需要仔细考 虑模型是如何被约束的.
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型(续):
• 谐分析: • 计算结构在正弦激励下的响应.
• 线性屈曲: • 计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态.
第9章 WORKBENCH中的动力学分析简介
பைடு நூலகம்
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
…求解结果
• 在Frequency Finder里，相应的命令分支是最需 要得到的
Availability x x x x x
…求解结果
• 模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相似. 但 是，当Solutions 菜单里的Frequency Finder 被选 中之后，Design Simulation会自动进行模态分析
– 将Frequency Finder tool分支添加到求解选项（ Solutions 分支）里面
WORKBENCH中的动力学分析
第一节 ANSYS WORKBENCH概述
• 什么是 ANSYS Workbench?
– ANSYS Workbench 是用ANSYS求解实际问题的新一代产品，它给 ANSYS的求解提供了强大的功能。
– 这种环境为CAD系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的CAE 结果
Contact Type
Static Analysis
Initially Touching
Modal Analysis Inside Pinball Region Outside Pinball Region
Bonded
Bonded
Bonded
Bonded
Free
No Separation
No Separation
…求解结果
• 对应于Frequency Finder 分支的ANSYS 命令如下:
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
…求解结果
• 在Frequency Finder里，相应的命令分支是最需 要得到的
Availability x x x x x
…求解结果
• 模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相似. 但 是，当Solutions 菜单里的Frequency Finder 被选 中之后，Design Simulation会自动进行模态分析
– 将Frequency Finder tool分支添加到求解选项（ Solutions 分支）里面
WORKBENCH中的动力学分析
第一节 ANSYS WORKBENCH概述
• 什么是 ANSYS Workbench?
– ANSYS Workbench 是用ANSYS求解实际问题的新一代产品，它给 ANSYS的求解提供了强大的功能。
– 这种环境为CAD系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的CAE 结果
Contact Type
Static Analysis
Initially Touching
Modal Analysis Inside Pinball Region Outside Pinball Region
Bonded
Bonded
Bonded
Bonded
Free
No Separation
No Separation
…求解结果
• 对应于Frequency Finder 分支的ANSYS 命令如下:
workbench瞬态动力分析
Dx IT20 L 波长方向的长度 c 弹性波速 E 杨氏模量 E
质量密度
非线性响应
• 非线性响应
–全瞬态分析可包括任何非线性类型. – 更小的 ITS 通常有助于平衡迭代收敛. – 塑性、蠕变及摩擦等非线性本质上是非保守的，需 要精确地遵循载荷加载历程.小的 ITS 通常有助于精 确跟踪载荷历程. – 小的ITS可跟踪接触状态的变化.
– 模态叠加法 – 直接积分法
• 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点（time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,….) ，需求解一组联立的静态平衡方程 （F=ma）；
– 需假定位移、速度和加速度是如何随时间而变化的， (积分方案选择) – 有多种不同的积分方案，如中心差分法，平均加速度 法, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等.
积分时间步长
• 如何选择 ITS? • 推荐打开自动时间步长选项 (AUTOTS), 并设置 初始时间步长Dtinitial和最小时间步长Dtmin 、最 大时间步长Dtmax. ANSYS 会利用自动时间步长 功能来自动决定最佳时间步长Dt. • 例如: 如果AUTOTS 是打开的， 并且Dtinitial= 1 sec, Dtmin= 0.01 sec, and Dtmax= 10 sec; 那 ANSYS 起始采用 ITS= 1 sec ，并依据结构的响 应允许其在0.01 和 10 之间变动.
缩减/完整结构矩阵
• 求解时既可用缩减结构矩阵，也可用完整结构矩阵； • 缩减矩阵：
– 用于快速求解； – 不允许非线性因素存在 – 根据主自由度写出[K]、[C]和[M]等矩阵，主自由度是完全自由度 的子集； – 缩减的 [K] 是精确的，但缩减的 [C] 和 [M] 是近似的。
基于ANSYS Workbench的2K-H行星齿轮减速器行星轮系有限元分析
表 ２ 行星轮系的材料参数
零件 名称
材 料
弹性 模 量 ／Ｐａ
泊松 比
密 度／（Ｋｇ／ｍ ）
太 阳轮 行 星 轮
４２ＣｒＭ ｏ
２．１２ｘ１０
０．２８
齿 圈
２．１．２ 网格 划分 在进 行有 限 元分 析计 算前 ．必 须对 行 星轮 系装 配模 型 进行 网格 划 分 ，它 的好 坏 直接 关 系到求解 的准确度及速度．为了提高计算效率 ，并根据计算机硬件配置情况 ，本文选用 ＳＯＬＩＤＩ８７单元． 在 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中行星轮系装配模型采用 自由网格划分的方法 ，实际就是在四面体 和扫掠型划 分 之 间 自动切换 ，在划分过程 中设置 “Ｒｅｌｅｖａｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ”为 “Ｆｉｎｅ”，细化 网格 ，最后划分 的节点数为 ２６７ ６５４， 单元 数为 １３９ ６３１．划分 网格 后 的有 限元模 型如 图 ２（ａ）所示 ． ２．】．３ 定 义边界 条件 模 型导人 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件后 ，系统将 自动为行 星轮 系传 动装 配模 型增 加接 触关系 ，对一般的静力学接触 问题分析 ，只需确定其他约束关系和载荷 ，即可进行静态求解 ．在三个行 星 齿轮轴颈 、太 阳轮轴颈处施加 圆柱面约束 以模拟轴承支承 ，切线方 向设定为“自由”，在齿圈的外圈添加 固定约束．根据行星轮系］二作要求 ，在太 阳轮（动力输入轴 ）轴颈处加载转矩 １．８ｘ１０ Ｎ·ｍｍ，加载后的有 限元 模 型如 图 ２（ｂ）所示 ．在 静力 学分 析设 置 选项 中 ，设 置 “Ｌａｒｇｅ Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ”为 “ｏｎ”，激 活 大变 形 ，然 后 进 行 求解 ．
收稿 日期 ：２０１６—０４—０６ 作者简介 ：王彦军（１９７７一），男 ，讲师 ．Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｙｊ２００４７１６＠１６３．ｔｏｍ 基金项 目：宁德职业技术学院育苗基金项 目（ｚＲ２０ｌ３ＹＭ０４）．
基于Workbench的行星齿轮组热-结构耦合分析
齿 轮胶合或 点蚀失效 。查阅当前文献 发现 国内外 的学者对
热分析方法、温度场在啮合齿轮 内部 的分布 以及对流换
热 、热 传导等 热边 界条件 的确 定都进行 了研 究 。热对 齿轮传 动过程 中的应 力有很大影 响，但现有研 究大多将应 力 和温度 单 独 进行研 究 ，研 究 结果 实 际并不 能 很好 地模
０ 引言
行星 齿轮 组 是汽 车减 速箱 关 键零 部件 之 一 ，其传 动
场 常用 的 两种 方法 是 直接 耦合 和顺 序 耦合 ，直接 耦 合是
直 接 用 热一 应 力 耦 合单 元 ，得 到 热 分析 和 结 构 应 力分 析
性 能直接 影 响着 汽车 减速 箱 的工 作性 能 ， 由于汽 车行 驶 过 程 中调 速频 繁 ，齿 轮 收到 的扭 矩强 度大 ，因而 行星 齿 轮 组 传动 故 障也 是汽 车 多发 故障 之一 。现 有研 究 多集 中
件 研究 提供 理论 依据 和更 加准 确 的研 究方 法 。
齿面 的粗 糙度 、润滑 油的动力粘度 ，齿轮的表面温Βιβλιοθήκη 等影 １ 热力耦合方法
结构 在承 受变 化 的温 度载 荷 时 ， 由于 部 分约 束而 使 变 形 受到 限制 ，就会 在 内部产 生 热应 力 。热 应力 实 际上 是 热 和 应 力 两个 物 理 场 的耦 合 ， 目前 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 研 究 耦 合
基于Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 的行 星齿轮组热一 结构耦合分析
ｃｏ ｕｐｌ ｉ ｎ ｇ ａｎ ａｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｐ ｌ ａｎ ｅｔ ａｒ ｙ ｇ ｅａｒ ｓ ｅｔ ｂ ａｓ ｅｄ ｏｎ ＡＮ ＳＹＳ Ｗ ｏｒ ｋｂ ｅｎｃ ｈ
基于ansys workbench齿轮啮合刚度计算及动力学仿真
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｏｌｕｔｅｔｏｏｔｈｐｒｏｆｉｌｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｍｅｓｈｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｇｅａｒｄｙｎａｍｉｃｓ；ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃｍｅｔｈｏｄ； ｃｏｎｔａｃｔｒａｔｉｏ；ｗｏｒｋｂｅｎｃｈｓｏｆｔｗａｒｅ；ｇｅａｒｖｉｂｒａｔｉｏｎ
齿轮是机械装置中的重要零部件，广泛应用 于汽车、航空等领域．啮合刚度是齿轮系统振动的 内部激励源之一，正确地求解啮合刚度以及齿轮 啮合动力学研究对工程实际具有重要意义．
啮合刚度是齿轮动力学分析中的重要参数，而 齿轮副在不同的工况下，实际重合度是不相同的， 齿轮动力学数值仿真时需要啮合刚度有明确的数 学表达式，因此多数学者对啮合刚度进行了曲线拟 合．引用最多的是文献［７］的方法，这些公式中都包 含重合度的因素，若将理论重合度下的啮合刚度公 式代入齿轮动力学方程，将会因为理论重合度与实 际重合度不同，导致动力学分析出现偏差．
第４２卷 第２期 ２０２０年 ３月
沈 阳 工 业 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ４２Ｎｏ２ Ｍａｒ２０２０
ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２０．０２．１３
基于 ＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ齿轮啮合刚度计算 及动力学仿真
王旭等［１］用材料力学的方法计 算 了 正 常 和 含裂纹齿轮的啮合刚度，并且对有、无裂纹齿轮副 进行了动力学特性分析；万志国等［２］考虑了齿轮 基体变形与齿根圆、基圆不重合的情况，进一步修
收稿日期：２０１８－０３－０２． 基金项目：国家自然科学基金项目（５１０７５３１４）；陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１４ＪＭ７２６９）． 作者简介：何育民（１９６８－），男，陕西西安人，副教授，博士，主要从事机械设备状态监测及故障诊断等方面的研究．
基于ansys workbench的电机行星齿轮结构设计研究与分析
表1电机参数
参数
项目
100 3000 320 380
峰值功率,kW 峰值转速,r/min 峰值扭矩,Nm 额定电流,Arms
参数
150 7800 800 150
表2行星齿轮参数
项目
参数
项目
输入峰值功率,kW 输入极限转速,r/min
150 7800
输出峰值扭矩,Nm
传动效率,（％）
参数 2400
>98
新能源汽车驱动电机技术对衡量电驱动汽车产 品可靠性起着决定性作用，目前市场中常用的驱动电 机有三项异步电机和永磁同步电机，因永磁同步电机 具有效率高、功率因素高、体积小、温升低等明显优 势，所以被广泛地应用于汽车上。基于以上因素，本团 队设计研发一款可稳定持续输出大扭矩、结构紧凑、 可靠性高、维护保养成本低的行星排驱动电机，并借 助ANSYS Workbench平台对其核心零部件结构强度
A ： Static Structural Equivalent Stress
dEpuivalentC von-Misea )StresB
册錨3星期三上午10：37
23.467Max 20.86 18.253 15.646 13.039 10.432 7.8256 5.2188 2.612 0.0051185 Min
进行了仿真计算，在大量参考国内外文献的同时结合 行业经验对行星排结构进行了强度校核，进一步保证 研发设计的可行性。
1电机模型及结构参数
1.1电机模型及方案 设计之初本团队结合永磁同步电机参数及行星
排电机总成输出参数，确定行星排的传动比为3,将 电机轴作为行星排的太阳轮输入，齿圈制动，框架输
出。通过行星排实现
减速增扭，更好地匹
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首先拿到模型可以看出这里是个行星轮结构。
在这里首先将三角形的齿轮架给刚化，因为整个分析中不考虑它的影响，主要考虑齿轮之间的作用。
然后我们就需要对模型添加约束和连接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如图。
添加过程请看下面详述。
首先添加三个类似的运动副，都是需要Body-Ground形式。
第一个添加太阳轮的旋转副。
revolute joint。
Body-ground。
再添加三角架的旋转副。
revolute joint。
Body-ground。
再添加内齿圈的固定副。
fixed joint。
Body-ground。
接着添加一个Body-Body的旋转副，也就是三角板与行星轮之间的旋转连接。
revolute。
Body-Boby。
最后就是两个齿轮之间的接触关系设置。
按照经验，在不考虑齿轮间摩擦的情况下，选择frictionless 接触类型。