基于齿轮加工原理的精确建模及ANSYS有限元分析
基于ANSYS直齿圆柱齿轮有限元模态分析
模态号 节径数
1
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0
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5
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1
7
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8
157. 7 9547 31526 33341 53151 7727. 6 7727. 6 15233 15233
测试频率/ Hz 7912. 2 9518. 5 31510. 5 33337. 4 53159. 6 7736. 2 7735. 6 15232. 9 15210. 6
3 齿轮有限元模态分析
3. 1 齿轮有限元建摸 采用 在 ANSYS 中直 接建 模
的方法, 考虑到齿 轮在几何形状 上具有循环对称的特征, 在对其 做模态分析时可以采用循环对称 结构模态分析的方法, 因此对齿 轮进行单个齿的局部建模; 为了 简化建模过程, 在 建模过程中采 用标准齿轮, 齿轮 的端面齿形是 将计 算出的齿 廓上各点 用 B 样 条曲线拟合而得到的, 对于齿根 图 1 单 个 轮 齿有 限 过渡曲线, 由于其长度较短, 在建 元模型 模时用圆弧代替。齿轮的几何参数为: 齿数 z2= 39, 模 数 m= 3. 5, 齿宽 b= 20mm。材料属性为: 杨氏弹性模 量 E = 2. 1 @105MPa, 泊松比 L= 0. 3, 材料密度 Q= 7. 8 @103kg/ m3。在划分网格时, 采用 SHELL63 和 SOLID45 的形式( 三角形八节点六面体单元) 。划分网格后的单 个齿形模型图如图 1 所示。 3. 2 加载约束并求解
本文运用有限元法分析了齿轮的固有振动特性, 通过有限元分析软件 ANSYS 分析了齿轮的各阶模态, 得到了其低阶固有频率和对应主振型, 其分析方法和 所得结果可为直齿圆柱齿轮的动态设计提供参考, 同 时也为齿轮系统的故障诊断提供了一种方法。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
学号:08507019⑧还比衣林弟妆大学20：U届本科生毕业论文（设计）题目：基于ANSYS的齿轮模态分析学院（系）：机械与电子工程学院专业年级：机制072班______________学生姓名: 何旭栋指导教师:合作指导教师:完成日期：2011-06-第一章绪论........................................................................ -1 - 1.1课题的研究背景和意义......................................................... -1 - 1.2齿轮弯曲应力研究现状......................................................... -1 - 1.3齿面接触应力研究现状 ........................................................ -2 - 1.4齿轮固有特性研究现状......................................................... -2 - 1.5论文主要研究内容............................................................. -3 - 第二章齿轮三维实体建模............................................................ -3 - 2.1三维建模软件的选择.......................................................... -3 - 2.2齿轮参数化建模的基本过程..................................................... -4 - 2.3利用pro/e对齿轮进行装配..................................................... -5 - 第三章齿轮弯曲应力有限元分析..................................................... -6 - 3.1齿轮弯曲强度理论及其计算 .................................................... -6 -3. 1. 1齿轮弯曲强度理论......................................................... -6 -3. 1. 2齿形系数的计算方法....................................................... -7 - 3.2齿轮弯曲应力的有限元分析..................................................... -8 -3.2. 1选择材料及网格单元划分 .................................................. -8 -3. 2. 2约束条件和施加载荷....................................................... -8 -3.2.3计算求解及后处理......................................................... -9 - 3.3齿轮弯曲应力的结果对比...................................................... -12 - 第四章齿轮接触应力有限元分析.................................................... -13 -4.1经典接触力学方法........................................................... -13 - 4.2接触分析有限元法思想........................................................ -14 - 4.3 ANSYS有限元软件的接触分析................................................. -16 -4.3. 1 ANSYS的接触类型与接触方式............................................ -16 -4.3. 2 ANSYS的接触算法...................................................... -16 - 4.4齿轮有限元接触分析.......................................................... -17 -4.4. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... -17 -4.4.2定义单元属性和网格划分................................................ -17 -4.4.3定义接触对............................................................ -18 -4.4.4约束条件和施加载荷.................................................... -18 -4.4. 5定义求解和载荷步选项................................................ -19 -4.4.6计算求解及后处理...................................................... -19 - 4.5有限元分析结果与赫兹公式计算结果比较 .................................... -21 - 第五章齿轮模态的有限元分析...................................................... -22 -5.1模态分析的必要性........................................................... -22 - 5.2齿轮的固有振动分析.......................................................... -22 - 5.3模态分析理论基础............................................................ -22 - 5.4模态分析简介................................................................ -24 -5.4. 1模态提取方法........................................................... -24 -5. 4.2模态分析的步骤.......................................................... -25 - 5.5齿轮的模态分析........................................................... -25 -5.5. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... - 25 -5.5.2定义单元属性和网格划分............................................... -25 -5. 5.3加载及求解........................................................... -26 -5. 5.4扩展模态和模态扩展求解............................................... - 26 -5. 5. 5查看结果和后处理..................................................... -27 - 5.6 ANSYS模态结果分析...................................................... - 28 - 第六章全文总结与展望.......................................................... -31 -6. 1全文总结................................................................. -31 - 6.2本文分析方法的优点....................................................... -31 - 6.3本文缺陷及今后改进的方向................................................. -32 - 参考文献...................................................................... -33 - 附录1外文翻译................................................................ -34 - 附录2 GUI操作步骤............................................................ -41 - 致谢........................................................................... -45 -绪论第一章绪论1.1课题的研究背景和意义本文研究的对象是履带式拖拉机变速箱齿轮。
基于 Ansys 的齿轮泵齿轮有限元分析
基于 Ansys 的齿轮泵齿轮有限元分析王宇;孟庆鹏【摘要】Gear is an important part of the gear pump.Stress and deformation of the gear at high-speed running plays can decide the normal operation of the entire gear pump.The paper introduces the calculation model for the gear of certain gear pump developed in Ansys and conducts finite element analysis and calculation to get the stress and deformation infor-mation of the gear at high-speed rotating, providing theoretic basis for use and structural improvement of the gear pump.%齿轮作为齿轮泵的重要组成部分, 在正常工作下高速运转时的应力与变形情况对整个齿轮泵能否正常工作起到至关重要的作用. 文中运用Ansys软件建立某型齿轮泵齿轮的计算模型, 并对其进行有限元分析计算, 得到此齿轮高速旋转时的应力及变形情况, 为齿轮泵的使用与结构改进提供理论依据.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】2页(P42-43)【关键词】齿轮泵;齿轮;有限元法;Ansys;分析计算【作者】王宇;孟庆鹏【作者单位】吉林电子信息职业技术学院吉林 132021;吉林机械工业学校吉林132011【正文语种】中文【中图分类】TH137.51齿轮泵为一种常见的液压泵，它具有体积小、质量轻、结构简单等优点，是液压传动系统的主要部件，应用非常广泛。
[优质文档]基于pro_e和ansys的歪齿轮建模和应力剖析
![[优质文档]基于pro_e和ansys的歪齿轮建模和应力剖析](https://img.taocdn.com/s3/m/965c70fd80c758f5f61fb7360b4c2e3f572725f1.png)
PNTORR 0.76汽车变速器是用于变换发动机曲轴的转矩及转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速的需要。
由于车速的不断变化和频繁换档，变速器中的齿轮的工况复杂多变。
目前，汽车变速器齿轮的设计仍然按照传统方法将轮齿简化为“悬臂梁”来计算，对于变速器斜齿圆柱齿轮是先将其转化为法面当量直齿圆柱齿轮后，再按照直齿轮齿根弯曲强度计算的计算方法进行近似分析、计算、绘图。
其设计计算、绘图繁琐，效率低，精确度也较低。
为此，探讨研究齿轮科学准确的建模方法和有效的强度计算分析方法十分必要。
本文以Pro/E 软件为平台，进行变速器斜齿轮三维参数化实体建模，利用有限元分析软件ANSYS 对齿轮模型进行应力分析。
设计人员可以迅速、准确地进行设计方案的确定和分析、比较、绘图等技术工作，设计周期短、质量高，从而实现汽车变速器齿轮的参数化设计和优化设计。
1Pro/E 环境下斜齿轮的参数化三维建模[1][7]1.1设定齿轮参数汽车变速器设计要考虑的因素较多。
特别是轿车用齿轮对噪音方面要求很高，同时由于空间限制，较小的齿轮要承受很大的载荷，国标规定的标准齿轮往往不能满足要求。
所以，各专业变速器厂就根据以前的经验和数据库开发一些非标准齿轮。
比如，齿轮的压力角和螺旋角都是非标的。
本文构建汽车变速器齿轮模型时所设定的齿轮参数如表1所示。
1.2创建基准圆曲线根据参数关系添加齿轮几何尺寸计算关系式，进行尺寸约束，所添加关系式要符合Pro/E 的格式要求，关系如下。
计算分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆四个基准圆，绘出基准圆曲线。
M _T=M _N/cos（Beta ）A_T=ATAN（tan （alpha ）/cos （beta ））d=z*M _Tdb=d*cos（A_T ）da=d+2*hax*M _Ndf=d-2*（hax+cx ）*M _N 1.3创建齿轮端面渐开线曲线依照曲线选项———从方程———笛卡尔，在笛卡尔坐标系下输入渐开线参数方程（图1）构造齿轮的端面渐开线曲线。
基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析
针齿中心圆半径r p根据经验公式：式中，前面系数取则，取。
④齿宽=150mm，前面系数取0.11偏心距，短幅系数，针齿半径rp=6.97mm，取r rp=7mm因，则最小曲率半径：计算得到，则，顶切。
⑧针径系数，计算得到K针齿销跨度L=3.5b c，计算得到齿面接触强度校核最大载荷，计算得到齿面接触强度计算。
根据赫兹公式，齿面接触应力按下式计算：1）当量弹性模量E e：摆线轮的弹性模量E1和针齿的弹性模量的弹性模量，故。
2）当量曲率半径ρei，得：令，，则：，且，故：3）任意瞬间针齿与摆线轮接触点的法向压力综上可得：令，Y1随K1、K2、z c以及接触的位置θbi不同而变化，当K1、K2、z c一定时，必有某个=θk使Y1达到最大值Y1max：则：根据插值法取Y1max=1.95。
代入数图3箱体图4装配体内部结构图1行星轮图2摆线轮4齿轮副有限元分析针对风电变桨减速器结构，对代表性的齿轮副进行了有限元模型的建立和分析，其中包括一对外啮合齿轮副、摆线轮与针齿接触副。
4.1外啮合齿轮副建立外啮合齿轮副的实体模型，并导入ANSYS中，应用Swept Meshing（扫掠法）进行网格划分，网格模型共计25140个单元，29010个节点，外啮合齿轮副有限元模型如图5所示。
图5外啮合齿轮副网格图外啮合齿轮副计算模型边界条件为：主动轮z1施加扭矩载荷，径向和轴向施加零位移约束，可绕中心线转动；动轮z2的切向、径向和轴向均施加零位移约束，边界条件如图6所示。
图6外啮合齿轮副边界条件4.2摆线轮与针齿接触副将建立的实体模型导入ANSYS Workbench中，建立摆线轮与针齿接触副有限元模型，应用Hex Dominat行网格划分，共计116254个单元，455334个节点，网格模型如图7所示。
图7摆线针齿网格图摆线轮与针齿接触副有限元模型分析边界条件为：齿外圈切向、径向和轴向均施加零位移约束；分布的轴承孔面径向和轴向施加零位移约束，所示。
ansys齿轮接触分析案例
加载与求解
01
施加约束
根据实际情况，对齿轮的轴孔、 端面等部位施加适当的约束，如 固定约束、旋转约束等。
02
03
施加接触力
求解设置
根据齿轮的工作状态，在齿面之 间施加接触力，模拟实际工作情 况。
设置合适的求解器、迭代次数、 收敛准则等，确保求解的准确性 和稳定性。
后处理
结果查看
查看齿轮接触分析的应力分布、应变分布、接触压力分布等 结果。
02
分析接触区域的大小、应力分布情况，评估齿轮的传动性能和
寿命。
根据分析结果，优化齿轮的设计和制造工艺，提高其传动性能
03
和寿命。
06
CATALOGUE
ansys齿轮接触分析案例四：蜗轮蜗杆
问题描述
蜗轮蜗杆传动是一种常见的减速传动 方式，具有传动比大、传动平稳、噪 音低等优点。但在实际应用中，蜗轮 蜗杆的接触问题常常成为影响其性能 和寿命的关键因素。
属性。
边界条件和载荷
01
约束蜗杆的轴向位移，固定蜗轮的底面。
02 在蜗杆的输入端施加扭矩，模拟实际工作状态。
03 考虑温度场的影响，在模型中设置初始温度和环 境温度，并考虑热传导和热对流。
求解和结果分析
进行静力分析和瞬态动力学分析，求解接触应力 分布、摩擦力变化以及温度场分布等。
对求解结果进行后处理，提取关键数据，进行可 视化展示。
通过齿轮接触分析，可以发现潜在的 应力集中区域和齿面磨损问题，提高 齿轮的可靠性和寿命。
齿轮接触分析的应用领域
汽车工业
用于研究汽车变速器、发动机和传动系统中的齿轮接触行为，优 化齿轮设计以提高燃油经济性和可靠性。
风电领域
用于研究风力发电机组中齿轮箱的齿轮接触行为，提高风力发电设 备的效率和可靠性。
人字齿轮精确的参数化建模及有限元分析
目录目录 (1)1 前言 (3)1.1国内外研究现状 (3)1.2选题的背景与意义 (3)1.3 研究内容 (3)1.3.1 人字齿轮简介 (3)1.3.2 论文内容具体安排 (4)2 理论基础及软件简介 (5)2.1 引言 (5)2.2齿轮渐开线的形成及其数学关系 (5)2.3 关于Pro/E (6)2.4 关于ANSYS (6)2.5 小结 (6)3 人字齿轮的精确参数化建模 (7)3.1 引言 (7)3.2 建立零件设计文件 (7)3.3 创建齿轮的基本参数 (7)3.4 添加齿轮关系式 (7)3.5 创建齿轮各圆的基准曲线 (9)3.5.1创建分度圆曲线 (9)3.5.2创建齿顶圆曲线 (9)3.5.3创建齿根圆曲线 (9)3.5.4 创建齿轮的齿形曲线 (9)3.6创建齿轮的轮齿 (11)3.6.1创建齿轮轮齿的第二个截面 (11)3.6.2创建齿轮轮齿的第三个截面 (11)3.6.3创建齿轮轮齿的第四个截面 (12)3.6.4创建扫描轨迹曲线 (12)3.6.5创建第一个轮齿 (12)3.6.6复制另一个轮齿 (13)3.6.7阵列轮齿 (13)3.6.8填充齿轮中间材料 (13)3.6.9完成人字齿轮创建 (14)3.7完成人字齿轮的特征修饰 (15)3.7.1完成齿轮减重孔 (15)3.7.2增加键槽 (15)3.8小结 (16)4 人字齿轮的有限元分析 (17)4.1引言 (17)本章主要是描述齿轮模型在Ansys中进行有限元分析。
主要包括前处理、施加载荷和约束、计算求解以及后处理，最后得到等效应力分布图。
(17)4.2齿轮模型的导入 (17)4.3齿轮模型的前处理 (18)4.4给齿轮施加约束和载荷 (18)4.4.1添加约束 (18)4.4.2施加载荷 (19)4.4计算求解以及后处理 (20)4.5小结 (21)5 算例 (22)6 结论 (24)参考文献 (25)1 前言1.1国内外研究现状参数化建模方法是指根据所需建模对象的拓扑结构的相同特征，用一组参数来控制模型的同时，在这组参数之间建立一定的数学关系式，使它们之间始终保持着相对的大小、位置或者约束条件。
基于ANSYS的直齿圆柱齿轮的有限元分析
Ｔｈ ｅ Ｆｉ ｎｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｂｅ ｎｄｉ ｎｇ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ
Ｃｙ ｌ ｉ ｎｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｐｕ ｒ Ｇｅ ａ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ ＹＳ
ｒ ａ ｐ ｉ ｄ ｗａ ｙ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｏ ｔ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ． ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｎ ｌ ｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｍｏ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． ｃ ｏ ｍｐ ｒｅ ａ ｄ ｗｉ ｍ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｐ ｕ ｒ Ｇｅ ａ ｒ ； ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ； ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ； ｌ ｏ ｓ ｅ ｅ ｉｃ ｆ ａ ｃ ｙ ； ＡＮＳ ＭＯ ＢＩ Ｌ Ｅ Ａ ＰＰ Ｉ Ｉ Ｅ Ｄ Ｔ Ｅ ＣＨ Ｎ Ｏ１ ０Ｇ Ｙ
２ ０ １ ４ 年 第１ ０ 期
２ ０ｌ ４ Ｎ０．１ Ｏ
基 于 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ的直齿 圆柱 齿轮 的有 限元分析
刘 志 杰
（ 陕西欧舒特汽 车股 份有 限公司，陕西 西安 ７ １ ０ １ １ ９ ） 摘 要 ：利用 Ｐ Ｒ Ｏ ／ Ｅ强大的三维实体设计功能，精确 地实现了直齿圆柱齿轮 的三维建模。通过 Ｐ ＲＯ ／ Ｅ与 Ａ ＮＳ ＹＳ的
基于ANSYS 的齿轮静态有限元分析
基于ANSYS 的齿轮静态有限元分析作者：熊艳红朱志强来源：《科技视界》 2014年第29期熊艳红朱志强（湖北职业技术学院，湖北孝感 432000）【摘要】本文建立了直齿圆柱齿轮平面和实体有限元模型，并进行了静力分析，确定了齿轮的最大应力图、最大应变图和变形云图。
结果表明：齿轮的失效首先在齿根出现，利用所得结果可进行齿轮齿根弯曲疲劳强度以及齿面接触疲劳强度校核，为齿轮传动的优化设计提供了基础理论。
【关键词】直齿圆柱齿轮；静态；有限元分析0 前言齿轮传动是机械传动中机械原理和机械设计的精髓，它具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。
但在齿轮传动中，轮齿由于齿根弯曲疲劳载荷而发生齿根弯曲折断，因此，对齿轮要进行齿根弯曲强度计算。
传统的手工齿根弯曲疲劳强度计算带有很大的近似性，且计算过程比较繁琐，所以，采用新的方法来分析齿轮弯曲强度势在必行！随着计算机技术的普及和发展，有限元法在齿轮设计和应力分析中已显示出巨大的优势。
目前较典型的有限元分析软件，ANSYS 计算过程自动化，在后处理中能快速、直观、精确地观察到计算结果，这些都是手工和实验方法无法比拟的，它可以有效地分析齿轮接触应力和变形，有效地计算摩擦接触问题[1]。
人们对齿轮进行手工计算分析已经相当深入，但借助计算机对齿轮静态分析却很少，本文将运用ANSYS对直齿圆柱齿轮进行静态分析，得出了齿轮的最大应力、最大应变和变形云图。
1 创建有限元模型1.1 模型的建立鉴于渐开线为极坐标方程形式，为便于几何建模，在ANSYS中,首先选择总体坐标系为柱坐标系，利用渐开线的极坐标方程式得到渐开线上点的坐标,在ANSYS下生成相应的关键点。
然后再利用ANSYS中的样条曲线功能即可生成所需曲线, 从而实现轮齿模型的建立。
在当前坐标系下建立关键点：1（5.428，76.307）、2（5.534，77.803）、3（5.595，79.303）、4（5.411，80.82）、5（5.11，82.342）、6（4.694，83.869）、7（4.208，85.396）、8（3.623，86.92）、9（2.928，88.45）、10（2.214，89.972）、11（0，90），利用样条曲线功能依次连接关键点1至10形成渐开线轮齿的外轮廓线，然后镜像生成另一边的轮廓线，如图1。
基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析
基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析XXXX大学（硕、博士）研究生试卷本考试课程名称有限元方法与应用考试考查学科专业机械工程学号XXXXX姓名XXX题目序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总计评卷教师基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析摘要：通过研究接触问题有限元基本理论，应用大型有限元分析软件ANSYS对齿轮啮合对进行接触非线性有限元分析。
有限元处理传统解析法无法处理的啮合问题结果比传统计算公式更为准确，且可定量的分析齿轮啮合应变与应力分布情况。
关键词：有限元；ANSYS齿轮；应变；应力Abstract:By studying the basic theory of finite element contact problem, using large-scale finite element analysis software ANSYS to the gear mesh to the contact nonlinear finite element analysis. The finite element mesh of dealing with the traditional analytic method cannot handle problems more accurate results than the traditional calculation formula, and the quantitative analysis of the gear meshing of strain and stress distribution.Key words: finite element; ANSYS gear; strain; stress一、研究背景接触是一种常见的物理现象，它涉及到接触状态的改变，还可能伴随有热、电等过程，因此成为一个复杂的非线性问题。
齿轮啮合就是一种接触行为，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。
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。 ０
在操 作过 程当中，需注意 ：在创建机构之前 必须在
零件设 计模式 Ｆ完成所有构件 （ 零件 ）模 型的建 ，即
在 Ｐ Ｒ 模块下建立好刀具和齿坯 的参数化模型 ，并在 Ａ Ｔ
装配模块 下根据齿 轮的加工方 式将齿坯和 刀具 按一定的
功 能精确构建 出了齿轮模 型，然后利用 ＰｏＥ与Ａ Ｓ Ｓ ｒ ／ Ｎ Ｙ 的接 口，把所 建立 的三维 实体 模 型导 入 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ，对 齿
轮在一定载荷条件下的应力分布状态进行了实例分析和
研究 。
１ 基于滚齿加工的齿轮模型构建 ．
（ ）齿轮的建模 步骤 １ 本文 主要是运用 Ｐｏ Ｅ的机 ｒ／
４２０ ） 戴 １０ ８
进
工作过程当中，发现其从动轮的齿根处发生断裂。其主 要参数为 ｍ＝ｌ ，ｚ ８ ＝ ０ｒ ，ａ＝ ０，精度 ０ ＝７ ，６ ２０ ｍ ａ ２。 为 ６级，输入 功率 Ｐ＝９ｋ ０ Ｗ，输入转速 为 ／＝４０ ７ ９ ，
ｒｍｎ ／ ｉ，材料为 ４ 钢 ， 向连续运转 ，负载较平稳 。 ５ 单 考虑到该齿轮采用的是滚一磨 工艺加工 的 ，而滚齿
对于齿廓 的磨削 ，可根据 留磨量将刀具 的某部分轮廓线 往外偏移 ， 形成新的刀具后再在原齿 廓上用 同样方 法虚 拟仿真 ，即可得 到能保证 一定精 度 的齿 廓 ，通 过阵列 ， 就可得到精确的齿轮实体模 型。图 １ 为刀具的零 件模 型
蛰
构运动仿真 功能 来 建模 的。这种 方法 无 需推 导 曲线方
图 ５ 有 限元网格模 型图
（）施加约束和载荷 ３
① 施加约束 本文对该 齿轮进行静 力分析 ，在此模
型的两个侧面和底面的所有方向上施加约束 。
了提高分析效率，节约机时，根据圣维南原理可对模型
进行简化 ，如图 ４所示。
② 施加载荷
假 设载荷全部作用 于单齿啮合 区最高
点 Ｄ，不考虑摩擦力时轮 齿的力学模 型如图 ６ 。 该齿轮传递的扭矩 为 Ｔ＝１７ ×１Ｎ・ ｎ ．５ ０ Ｉ ，则 圆周 ｎ
元网格模 型图。
图 ３ 齿轮的实体模型
２ Ａ ＳＳ ． Ｎ Ｙ 有限元分析
Ｐ ｏＥ中带有有限元 分析模 块 ，但 因可选取 的单 元 ｒ ／ 形式较少 ，划 分 出 的 网格质 量 太 差 ，导致 计 算 精度 不 高 ，所 以，将齿轮 的模 型导入 ＡＮ Ｙｓ中进 行有 限元分 Ｓ 析 。考虑到所需的载荷分析 只在一个齿 上进 行 ，而且 为
维普资讯
踊
ｐｃ帅ｆＡ Ｃ ／ Ｐ ｐａ ， Ｄ Ａ Ｃ Ｐ ｌ ｉｏ ／ Ｍ Ａ ｉ ｔ Ｃ
基 于 齿 轮加 工原 理 的精确 建 模 及Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ有 限 元 分 析
湖南工业大学科技学 院 （ 株洲
齿轮是最重要的零 件之 。它具有功率范 围大 ，传
程 ，操作过程简单且容 易掌握 。其流程为 ：创建机构一
添加驱动器一 进行 机构仿真一分 析结 果 ，最后利用分 析
结果生成 具 的包络 线在齿坯 处切 出齿 轮 的 一个齿 槽。 通过阵列 ，可得到齿轮 的三维实体模 型。
… 。一 ≯ 图 ，里面的为刀具的实际轮廓线 ，最外端 的为考虑 留磨 Ｅ
力 Ｆ ＝２ ｄ＝４ ５ Ｎ，径 向 力 Ｆ ＝Ｆｔｎ ／ ．ｋ ａ＝２ Ｎ，在 ａ ｋ Ａ Ｓ Ｓ中加载时分别对应 于 和 ｖ 向。 ＮＹ 方
图 ４ 简化后的齿轮模型
（）模 型 的 导 入 将 构 建 后 的齿 轮 模 型 保 存 为 １ “Ｇ Ｓ ＩＥ ”文 件 ，利 用 Ａ Ｓ Ｓ的 ＦＬ ＮＹ ＩＥ菜 单 下 的 “ ． Ｉ
Ｐ Ｒ ￣ Ｉ Ｅ ”可顺 利将 该模 型导 入 到 Ａ Ｓ Ｓ中 ，直 ＯＴ－ Ｓ Ｇ ＮＹ 接进行有限元分析 。
图 ６ 轮齿的受力模 型图
（ ）求解及后处 理 ４ 确定有限元单元类型对有限元
有限 元模 型 的求 解不 是 目的 ，
动效率高 ，传动 比正确 ， 用寿命长等特点 ，但从零件 使
失效的情况来看， 齿轮也是最容易出故障的零件之一。
据统汁 ， 在各种机械故障中，齿 轮失 效就 占故障 总数的 ６ ％以上 。其 中轮齿的折断 又是 齿轮失效的主要 原因之 ０
一
。
本 文基于齿轮加工原理利 用 ＰｏＥ的机构运 动仿真 ｒ／
是目 前应用最广的切齿方法。磨前滚刀根据其轴向齿形
尺 寸有不带 凸角 和带 凸角 之分 ，而 该齿 轮 的齿 数大 于
２ ，故选 用带 凸角形式的滚 刀。而滚齿 的实质是将 刀具 ０ 与齿坯按照齿条与齿轮的啮合原理进 行的加工 ，则 根据 前述建模步骤 ，可 得到磨 削前的一 个齿槽 的三 维模型 。
ｐ ｐ ｏ Ａ￣ Ｃ Ｐ ｆ ＤＣｇ Ａ Ａ／ Ｐ Ｃ
塑
囊 圉
为 ：先选择好 源面和扫掠方 向上 的划 分数 ，然后用定 义 好 Ｐ ｎ１２ ｌ ｅ８ 单元划分源面 ，再用 Ｓｌ９ 扫掠整 个模型 ， ａ ｏｄ５ ｉ 最后删 除掉源面上 的网格 即可。图 ５即为划分好 的有 限
约束关系进行装配 。
（）具体实例 ２
某．Ｙ － 渐开线 直齿 柱 齿轮在 ； －对 Ｉ 一 ７ ．
图 １ 刀具的零件模型 图
图 ２Байду номын сангаас滚齿加工 图
５ 结语 ．
通过对轧辊磨Ｊ 术中心架 的优化设 计 ，我们尝试 了采 用 Ｃ Ｓ Ｓ ｒｓ 件进行 优化 设计 ，结 果是 满 意的 。 Ｏ ＭＯ Ｗｏｋ 软
对照采用数学优 化方法对模 型 的优化方 法 ，无论 建模 、
运算都要方便 、直观。 （ 收稿 Ｆ期 ：２ ０ １ １） ｔ ０ ７０ ８
图 １ 最终设计值 １
日 ｚ 堡 塑 笠
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轧槭 冷工 力 口
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