基于ANSYS的齿轮应力有限元分析
基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究共3篇
基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究共3篇基于ANSYS的齿轮接触应力与啮合刚度研究1齿轮作为一种常用的传动元件，在机械系统的运转中发挥着重要的作用。
因此，对于齿轮的力学性能研究具有重要的意义。
本文以ANSYS软件为工具，研究齿轮接触应力与啮合刚度的相关问题。
一、齿轮模型的建立齿轮模型的建立是研究齿轮力学性能的基础。
初步建模需要确定齿轮参数、材料参数等。
在本次研究中，我们选取了一个模数为4的齿轮进行建模，在材料参数选取方面，我们选择了常用的20CrMnTi材料，以其为基础进行实验。
建模之后需要进行网格划分，网格密度的选择会影响后续分析的准确性以及计算时间，因此需要选择合适的密度。
选取太粗的网格会导致结果失真，选取太细的网格则会消耗大量的计算时间。
本次研究选取了相对均匀的中等密度网格，以保证结果的准确性。
二、齿轮接触应力分析齿轮在啮合过程中会产生接触应力，这对于齿轮的寿命和工作效率都有着至关重要的作用。
因此，研究齿轮接触应力，选择适当的润滑方式，对齿轮寿命和传动效率都有着重要的意义。
在ANSYS中进行齿轮接触应力的分析和计算，需要考虑到许多复杂的因素，如齿形、材料参数、润滑方式等。
在本次研究中我们采用了基于有限元方法的接触分析（FEM），对齿轮接触应力进行评估。
得到接触应力的结果后，我们可以对齿轮的寿命进行评估，并针对接触应力过大的地方进行优化处理。
三、齿轮啮合刚度分析除了接触应力之外，齿轮的啮合刚度对于传动的效率和精度也有着重要的影响。
啮合刚度是指啮合中两齿之间相对于轴线方向的相对运动能力，也可以视为齿轮在啮合过程中的弹性变形程度。
齿轮的啮合刚度与齿轮副的堆叠误差、硬度、几何尺寸等的影响有关。
在本次研究中，我们采用了ANSYS的非线性有限元分析方法，对齿轮的啮合刚度进行建模和优化。
通过对啮合刚度的研究，我们可以指导齿轮的加工和优化，提高其传动效率和精度。
四、总结本次研究基于ANSYS对齿轮接触应力和啮合刚度进行了研究。
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对齿轮的疲劳进行分析,计算出齿轮的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为齿轮的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如下图所示为某齿轮三维模型，参考图示形状，自定义尺寸，并建立一对啮合齿，施加50N*M扭矩进行齿轮接触分析，随后进行疲劳分析，分析齿轮寿命，材料为40Cr。
图1 齿轮三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，40Cr材料的杨氏模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3，密度7800kg/m3，两对齿轮的材料一致。
图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
只需要建立齿轮的端面然后拉伸即可，另一对齿轮采用该齿轮进行对称偏移获取，首先建立齿轮端面草绘，为保证结构对称，只建立一半截面，如下图所示：拉伸截面，并对称建立整个单齿，如下所示：同理建立另一齿轮，最终模型如下所示进入Workbench进行材料设置，其中齿轮分别设置材料为结构钢。
进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，从动齿内圈固定，主动齿施加扭矩，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.2mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为467.4MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该齿轮最多可以使用14794次，此后便会发生裂纹破坏。
ANSYS齿轮接触应力分析案例
ANSYS齿轮接触应力分析案例齿轮是机械传动系统中常用的零部件，用于传递动力和转速。
在齿轮的工作过程中，由于受力情况复杂，容易发生接触应力过大导致齿轮损坏的情况。
为了确保齿轮的工作性能和寿命，需要进行接触应力的分析和优化设计。
ANSYS作为常用的有限元分析软件，可以用于进行齿轮接触应力的模拟和分析。
本文将以一个齿轮接触应力分析案例为例，介绍如何使用ANSYS软件进行接触应力的分析。
本案例以一对齿轮为例，通过对齿轮的建模、加载和分析过程，展示如何通过ANSYS软件进行齿轮接触应力的分析。
1.齿轮建模首先，在ANSYS软件中建立齿轮的几何模型。
可以通过CAD软件绘制齿轮的几何形状，然后导入到ANSYS中进行网格划分。
在建模过程中，需要考虑齿轮的齿形、齿数、模数等参数，并根据实际情况设置合适的几何形状。
2.设置加载在建模完成后，需要设置加载条件。
在本案例中，以齿轮传递动力时的载荷为例，可以通过施加力或扭矩来模拟齿轮的工作情况。
根据实际情况设置载荷大小和方向，以便进行接触应力的仿真分析。
3.网格划分接着对齿轮的几何模型进行网格划分，生成有限元网格。
在ANSYS中，可以通过自动网格划分功能或手动划分网格，确保模型的几何形状与加载条件得到合理的分析精度。
4.设置材料属性在进行齿轮接触应力分析前，需要设置材料的力学性质。
根据齿轮的实际材料属性，设置材料的弹性模量、泊松比等参数，以便进行接触应力的仿真分析。
5.运行分析设置完加载和材料属性后，可以进行齿轮接触应力的仿真分析。
在ANSYS中选择适当的分析模型和求解器，进行接触应力的计算和分布分析。
通过分析结果可以得到齿轮接触区域的应力分布情况，确定是否存在应力集中的问题。
6.结果分析最后，分析计算结果并进行结果的分析和优化。
根据接触应力的分布情况，确定齿轮的工作性能是否满足要求，是否存在应力过大导致损坏的风险。
如果需要，可以对齿轮的设计参数进行调整和优化，以提高齿轮的工作性能和寿命。
基于ANSYS的齿轮泵传动有限元分析
4.2.1定义单元属性
定义材料属性中弹性模量207Gpa，泊松比PRXY：0．25，在本文的讨论的问题中，摩擦因数Mu=0.25。在Main>Preprocessor>Element Type>Add Edit/Delete目录下设置网格单元。在Main>Preprocessor>Material Props>Material Models目录下定义材料属性。
（6）单击对话框中的Next按钮，进入接触设置对话框。
图5 接触分析
（7）单击对话框中的Optional settings…按钮，弹出的设置对话框。（8）完成设置，单击对话框中的OK按钮，回到接触向导对话框。（9）单击对话框中的Create按钮，完成接触向导，创建好一个接触对，并出现信息提示，如果接触对正确单击Finish完成接触对的创建。
（2）在对话框Target Type栏中选择Flexible如图所示。
（3）选择目标面，在Target Surface下选择Areas，单击Pick Target…弹出拾取对话框。通过鼠标在大齿轮上选择目标面，然后单击OK按钮。
（4）单击向导对话框中的Next按钮，进入下一步，拾取接触面
（5）在该对话框中，在Target Surface下选择Areas，单击Pick Contact…按钮，弹出图形拾取对话框，用鼠标在大齿轮上选择接触面。然后单击OK按钮。
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软件对齿轮泵进行分析实现对齿轮的虚拟设计。
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。 关键词：ANSYS；有限元；齿轮泵；soildworks
基于ANSYS的齿轮静强度有限元分析
基于ANSYS的齿轮静强度有限元分析0 引言作为工业领域中不可或缺的配件,齿轮在汽车、航空、冶金、矿山等行业的应用越来越广泛。
齿轮在工作过程中，主要起到啮合传递作用，同时齿轮也承受各种载荷，齿轮的强度对整个传动系统有着至关重要的影响，如果齿轮强度设计不当，在工作过程中齿轮失效会导致整个传动系统无法正常工作，甚至会引起其他部件的连锁失效，同时由于齿轮长时间处于交变荷载或冲击荷载的作用,因而对于其变形和强度的分析显得尤为重要。
有限单元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,ANSYS 软件作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件,不仅有几何建模的模块,而且也支持其他主流三维建模软件,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。
在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。
求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的，这种简单部分就称作有限元。
它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。
类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。
它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
ansys分析齿轮报告
ANSYS分析齿轮报告引言本报告旨在使用ANSYS软件对齿轮进行分析，并对分析结果进行详细讨论。
齿轮是机械传动中常用的元件，其主要功能是将动力从一个轴传递到另一个轴。
在设计和制造过程中，通过分析齿轮的性能和行为，可以有效提高其可靠性和工作效率。
分析目标本次分析的目标是评估齿轮的强度和变形情况。
通过ANSYS软件的力学分析功能，我们将使用有限元方法来模拟齿轮的工作过程，包括载荷、应力和变形等方面的分析。
模型建立在进行分析前，首先需要建立齿轮的三维模型。
我们选择使用ANSYS提供的建模工具，根据实际参数和几何形状进行建模。
在建模过程中，我们需要确定齿轮的模量、模数、齿数等参数，并考虑到齿轮的几何特征，如齿侧间隙、齿顶高度等。
材料属性齿轮的材料属性对其性能至关重要。
根据实际需求，我们选择了一种合适的材料，并在ANSYS中设置其材料属性。
常见的齿轮材料包括钢、铸铁等，其材料参数如弹性模量、泊松比等需要根据实际情况进行设置。
载荷设定在齿轮的工作过程中，承受的载荷是十分重要的。
在ANSYS中，我们可以通过施加力、扭矩或压力等载荷方式来模拟齿轮的实际工作情况。
合理的载荷设定可以更准确地分析齿轮的受力情况。
分析过程在进行齿轮的分析过程中，主要涉及到强度分析和变形分析两个方面。
强度分析强度分析是齿轮设计中重要的一部分。
在ANSYS中，我们可以使用有限元分析方法来计算齿轮的应力分布和疲劳强度。
通过合理的载荷设定和材料属性设置，可以得到齿轮在工作过程中的最大应力和应力分布情况。
变形分析变形分析是评估齿轮变形情况的重要手段。
在ANSYS中，我们可以通过施加约束和载荷来模拟齿轮的变形行为。
通过分析齿轮的变形情况，可以判断其运动精度和工作可靠性。
分析结果根据ANSYS的分析结果，我们得到了齿轮的应力分布图和变形图。
通过对结果的分析，我们可以得出以下结论：1.齿轮的应力集中区域主要集中在齿根和齿顶部分，这可能导致齿轮在高载荷下的疲劳破坏。
基于ANSYS的齿轮弯曲应力、接触应力以及模态分析
基于ANSYS的齿轮弯曲应力、接触应力以及模态分析随着汽车性能和速度的提高，对变速箱齿轮也提出了更高的要求。
为较好地改善齿轮传动性能，有必要对齿轮进行静力学以及动力学分析。
对于齿轮的静力学分析，本文利用ANSYS对齿轮进行了齿根弯曲应力分析以及齿轮接触应力分析。
对于齿轮的动力学分析，本文利用ANSYS对其进行了模态分析，提取了齿轮的前十阶固有频率和固有振型。
最后实验表明，基于ANSYS的齿轮弯曲应力和接触应力相比较传统方法具有一定的裕度，而模态分析能较形象地展现其振型。
标签：齿轮；弯曲应力；接触应力；模态分析引言随着汽车性能和速度的提高，对变速箱齿轮也提出了更高的要求。
改善齿轮传动性能成为齿轮设计中的重要内容。
为了避免由于齿轮接触疲劳而引发的行驶事故，有必要对齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力进行分析和评估。
同理，为避免由于齿轮共振引起的轮体破坏，有必要对齿轮进行固有特性分析，通过调整齿轮的固有振动频率使其共振转速离开工作转速。
齿轮的工作寿命与最大弯曲应力值的六次方成反比，因此最大弯曲应力略微减小，齿轮工作寿命即会大大提高[1]。
齿轮的最大弯曲应力往往出现在齿轮的齿根过渡曲线处，因此精确计算渐开线齿轮齿根过渡曲线处的应力，进而合理设计过渡曲线，对延长齿轮工作寿命、提高齿轮承载能力至关重要。
为了进行齿面接触强度计算，分析齿面失效和润滑状态，必须分析齿面的接触应力。
经典的齿面接触应力计算公式是建立在弹性力学基础上，而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。
但由于齿轮副啮合齿面的几何形状十分复杂，采用上面的方法准确计算轮齿应力和载荷分配等问题非常困难甚至无法实现。
随着计算机的普及，齿轮接触问题的数值解法获得了越来越广泛的应用。
齿轮副在工作时，在内部和外部激励下将发生机械振动。
振动系统的固有特性，一般包括固有频率和主振型，它是系统的动态特性之一，同时也可以作为其它动力学分析的起点，对系统的动态响应、动载荷的产生与传递以及系统振动的形式等都具有重要的影响。
齿轮齿条强度应力有限元分析静
1.1创建模型在分析中，其中齿轮为主动轮，工况良好。
预设夹紧力为5N，最后折算为转矩力作用在齿轮内孔上为20N。
材料均为2A12，其强度极限为325MPa，屈服极限为470MPa。
齿轮齿条基本参数如下：参数齿数Z 模数m 压力角α转速n 齿宽B齿轮16 0.5 20 600r/min 4齿条40 0.5 20 4图 1 齿轮齿条零件图在对两零件进行装配时，选择的配合条件为两侧面重合以及齿轮内孔轴线到齿条齿根面的距离为齿轮的分度圆半径加上 0.5m(模数)，从而可以获得所要求的装配图并将其导入软件中，如下图所示：1.2划分网格将模型导入 ANSYS 中，在前处理器中对材料进行定义，其中弹性模量E=68GPa，泊松比μ=0.33；对齿轮进行智能扫描划分网格，一般来讲，网格数量增加，计算精度会有所提高，但计算规模也会有所增加，所以在确定网格数量时应综合考虑这两个因素。
为了保持整体网格的数量，使分析结果收敛，应先预估应力梯度变的趋势，在应力变化剧烈、应力梯度比较大的齿根以齿面接触区域采用细密的网格，一般来说，同一区域网格要求均匀，过渡区域网格要求变化缓慢。
对齿条与齿轮接触的齿面及齿根面进行网格细化，细化等级为 1，划分后模型如下图所示。
1.3结果分析求解结束后，进行后处理可以得到齿轮齿条的应力应变图解，从应力图中可以看出，齿轮最大应力为 8.46MPa 在齿齿轮齿根部，最大应变为3.049×10-4mm；齿条最大应力为 6.1MPa 在齿齿轮齿根部，最大应变为 0.89×10-4mm，齿轮齿条的最大应力远小于材料的屈服极限470MPa，所以齿轮齿条的强度完全符合设计要求。
齿轮应力图解齿轮位移图解齿条应力图解齿条位移图解。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
施加载荷后的单个齿
建立的接触对
图施加载荷和约束后齿轮
4齿轮仿真结果的分析
1.齿轮接触应力图
齿轮等效应力图
齿轮触应力图
2.齿根弯曲应力图
Y方向应力图 结论:(1)通过应力云图可以看出齿轮在接触点处和齿根处属于应力集中， 最容易发生破坏。(2)齿根应力和接触应力与理论分析结果基本一致。
X方向应力图
5 结
Henan institute of science and technoligy
欢迎各位老师指导改正！ 谢谢大家！
Henan institute of science and technoligy
Henan institute of science and technoligy
6谢
•
辞
本次毕业设计，是在指导老师的悉心指导和 热心帮助下完成的，老师渊博的学识、治学的 严谨、关注最新技术的精神都让我十分敬佩。 我不仅得到了老师的谆谆教诲，而且他的认真、 敬业、执着的精神，也使我受益匪浅。在此， 向他们表示真挚的谢意！ • 另外，也十分感谢同组同学晁伟、赵德胜、 杨一飞，对我的积极指导和热心帮助！
2009届本科毕业设计
基于ANSYS的齿轮应力有限元分析
Modeling and Finite Element Analysis of InvoluteSpur Gear Based on ANSYS
学生姓名：马
跃
伟
所在院系：机 电 学 院 所学专业：机电技术教育 导师姓名：逄 明 华
完成时间：2009年5月27日
Henan institute of science and technoligy
研究背景
１.齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，形式很多， 应用广泛。但从零件的失效情况来看，齿轮也是最容易出 故障的零件之一。 ２.由美国ANSYS公司开发的计算机模拟工程结构有限元分 析软件ANSYS现已成为世界顶端的有限元分析软件。 ANSYS软件作为一款通用有限元分析软件，其强大的建模、 网格划分和分析功能极大的方便了用户对产品进行分析。 3.本文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研 究了在ANSYS环境下实现齿轮精确建模、齿根应力分析、 接触应力分析的方法 。
语
本文通过对直齿轮的精确建模，进而进行 接触应力和齿根弯曲应力分析，可以看出齿轮 应力的分布图和齿轮上的应力集中点。同时， 与齿轮应力的理论分析结果相比基本一致，验 证了ANSYS进行应力分析的有效性和正确性。 从而可以减少试验费用，为齿轮的优化设计和 可靠性设计打下新的基础，优化齿轮结构、齿 形和齿廓，还能优化齿轮材料和工艺，能实现 齿轮结构、材料和工艺的创新设计。
Henan institute of science and technoligy
1
齿轮应力分析的方法
创建齿轮模型
定义材料属性、单元类型
定义边界条件、加载
做结构静态分析
获取应力分布 拾取变形值
仿真结果
结束仿真？
结束
改变实体参数
2 齿轮模型建立与网格划分
本篇论文运用APDL语言，自动生成齿轮的渐开线，通过一系列的 旋转、镜像、复制等命令，生成齿轮的单个基本齿形（如图一所示） 。然后，旋转坐标系为柱坐标系，复制单个齿形，生成大小齿轮模型 。然后旋转齿轮适当的角度，是两个齿轮最终实现啮合（如图二所示 ）。
齿轮单齿模型
建立的齿轮模型
选择单元类型为PLANE42单元，弹性模量EX为2.06E11,泊松比 NUXY为0.3。划分网格采用智能网格划分，六级精度。
3 齿轮约束和载荷的施加
1. 对于齿轮弯曲应力的分析，我们仅对图一所示的单个齿进 行研究，约束齿轮内圆圆弧的节点所有方向的位移，并在齿顶处 施加集中力，代替节点处的接触力对齿根应力进行分析。如图所 示 2.对齿轮接触应力的分析，约束小齿轮内圆的径向位移，约 束大齿轮内圆所有方向的位移，在小齿轮内圆的节点上施加周向 力，以代替扭矩，并建立解除对。如图所示。