基于ANSYS的齿轮强度有限元分析
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。
基于齿轮加工原理的精确建模及ANSYS有限元分析
”
故精确 构 建齿 轮模 型 是其
的运 动 参 数 建 立 运 动 模 型
4 )
本 文 基 于 齿 轮 加 工 原 理 利 用 P r o ／E 的 机
，
分析运 动
，
生 成分析结果
，
构 运 动 仿真 功 能精 确 构 建 出 了齿 轮 模 型 与 A NS Y S 的接
对 齿轮在
和研 究
。
一
然 后 利 用 P r 0 ／E
一
[4 ]
。
E 本文通 过 Pr o ／
。
齿 轮 是 机 械 中最 重 要 的零 件 之 传动效 率高 据统计
， 、
，
它具有功率范 围
。
中 的 机 构 运 动 仿 真 功 能 创 建 了 直 齿 圆 柱 齿 轮模 型
2 1
．
传动 比 正 确
，
、
使 用 寿命 长 等 特 点
但从
齿轮的建模步骤
E 本 文 主 要 是 运 用 P如 ／ 的 机 构 运 动 仿 真 功 能 来 建 模
面
。旗帜Biblioteka 标准，E 尤其是第 3 代产 品 Pr o ／
w
il曲
r e
版本
，
因其
一
2 2 具体 实例
具 有 强 大 的运 动 学 分 析 模 块 Me c h a n is m 而 受 到 企 业 界 的
某工 厂
一
对 渐 开 线 直齿 圆柱齿 轮在 工 作 过 程 当中
。
，
发
Z=
致认 同
。
同时
，
该 软件 与有 限元 软 件接
一
，
并在装 配
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。
基于ANSYS的潜油行星减速器齿轮轴的有限元分析
转 速 为 ６１ １８ｐ 左 端 为 齿 轮 ， 过 与行 星 轮 啮 ２． ５ｒｍ； 通
合 ， 星轮 架输 出动 力 。 行
２ １ 建 立 齿轮轴 有 限元模 型 ．
在 建立 齿轮有 限 元物 理模 型前 ， 于 弹性 理论 ， 基 为 了简 化 问题求 解 ， 出如下 假设 ： 提 ① 齿轮 材 料是 各 向同性 的 。 ② 齿轮 材 料是连 续 的 、 匀 的 。 均 ③齿 轮齿 面接 触 线上 各点 的变 形均 沿 齿 廓表 面
ｒ ● ｄ ］ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
中齿 轮 的模 数相 对 于 承 载 扭矩 要 求 较 小 ， 之潜 油 加 行 星减 速器 要在 油 井恶 劣的 工况 下 （ 环境高 温 、 热 散
条 件极 差 ） 连续 作业 ， 因此要 求 减速器 中各 个齿 轮 的
力 为 ａｈ＝４ ０ ａ 花 键部 分表 面 高频 淬 火 ＨＢ ２ ｒ ５ ＭＰ ； ３０
维普资讯
６ ４
内 蒙古 石 油 化 工
２ ０ 年第 １ 期 ０６ ０
基于 Ａ Ｓ Ｓ的潜油行星减速器齿轮轴的有限元分析 ＮＹ
许 俊 如 ， 建 宁 ， 文 涛 徐 屈
（ 安 石油大 学 机械 工程 学院 ， 西 西安 摘 ７０ ６ ） １ ０ ５
＂３０ 齿 轮 轴 其余 部 分 渗 碳 淬 火 硬 度 为 ＨＲＣ ０－ －６ ， ４ － ￣
ＲＣ４ ２。
模数 、 数配 比极 其合 理 ， 齿 以期 使减速 器达 到更 长 的 使用 寿命 ， 这对 提 高 石油开 采 的经济 效益 意义 重大 。
根 据 以往 的生 产 试运 行结 果 分 析 ， 油行 星 减 速 器 潜 中 的齿 轮 轴是 关 键 部 件 ， 本文 旨在 对 齿轮 轴 进 行 强
基于ANSYS的球齿轮磨齿机床滑座结构有限元分析
文 章 编 号 ：０ ２— ８６ ２０ ）３— ０ １— ３ １０ ６ ８ （０ ８ ０ ０ ０ ０
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的球 齿 轮磨 齿机 床 滑座 结构 有 限元 分 析 术 ＮＹ
张 湘 ， 存云 ， 潘 吴武 辉 ， 婷 李
（ 防科 学技 术 大 学 机 电工 程 与 自动化 学 院 ， 南 长 沙 国 湖 ４０７ ） １０ ３
素 ， 到合 理 的滑 座 结 构 法 Ａ ＳＳ
滑座
模 态 分析
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌ ｍｅ ｔＡｎ ｌ ｓｓ ｏ Ｈ ｅ － ｅ ｔ Ｓ ｒ ｃ ｅ ｆｔ ｅ Ｓ ｈ ｒｃ ｌＧｅ ｒ Ｇｒ ｎ ｉ ｇ Ｍ ａ ｈ ｎ ｓ ｄ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｙ ｉ ｆ ｔ Ｓ ｄ ｒ ｒ ｓ ｔ ｕ ｔ ｒ ｏ ｐ ｅ ｉａ ａ ｉ ｄ ｎ ｃ ｉ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳ ｈｅ ｈ ＹＳ
摘 要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限单 元 法 ， 立 了球 齿轮 磨 齿机 床 滑 座 的 实 体 单 元 模 型 ， 滑 座 的 结 构进 行 了静 力 分析 与 振 动 模 态 采 ＮＹ 建 对 分 析 ， 到滑 座 的 前 六 阶 固有频 率及 模 态振 型 ， 过 分 析 底 板 厚 度 对 滑 座 固有 频 率 的 影 响 ， 出影 响 滑 座 频 率 的 主 要 因 得 通 找
ｓ ｈ ｒｃ ｌｇ ａ ｓｓ ｔｕ ．Ｔ ｅ ｈ ｔ ｔ ｎ ｌ ｓｓａ ｄ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓｏ ｈ ｌ ｉ ｇ ｐａ ｆｒ ａ ｅ ｐ ｒ ｒ ｄ，ａ ｄ ｔ ｅ ｆｒ ｒｓ ’ ｐ ｅｉａ ｅ ｒｉ ｅ ｐ ｈ ｎ ｔｅ ｓａｉ ａ ａｙ ｉ ｎ ｉ ｒ ｔ ｄ ｌ ａｙ ｉ ｆ ｅ ｓ ｄ ｎ ｌｔ ｍ ｒ ｅ ｆ ｍｅ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｎ ｈ ｏ ｍｅ ｉ ｘ
基于ANSYS的齿轮应力有限元分析
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
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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 。
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。
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基于ANSYS的齿轮强度有限元分析
齿轮是机械传动中常用的零件，其主要功能是将动力传递给其他零件，实现机械传动系统的运转。
而齿轮的强度是其能否承受外界载荷和工作条
件的重要指标，因此进行齿轮强度的有限元分析对于齿轮设计和使用具有
重要意义。
ANSYS是一种广泛应用于机械工程、结构力学、流体力学和传热学等
领域的有限元分析软件，它提供了强大的分析工具和功能，可以对复杂结
构进行静态和动态分析，并评估其受力性能、破坏行为和变形情况。
在齿
轮强度有限元分析中，ANSYS可以用来模拟齿轮的载荷作用、应力分布和
变形情况，进而评估其承载能力和结构稳定性。
在进行齿轮强度有限元分析之前，需要进行齿轮的三维建模。
可以通
过CAD软件（如SolidWorks）绘制齿轮的几何模型，并将其导入到ANSYS
中进行后续分析。
建模时需要细致详尽地考虑齿轮的几何形状、材料属性
和工作载荷等参数，以获得准确的分析结果。
接下来，可以使用ANSYS中的结构分析模块对齿轮进行有限元分析。
首先，需要进行网格划分，将齿轮模型划分为多个小网格，以便对其进行
离散化处理。
然后，通过输入齿轮的材料属性、边界条件和载荷情况等参数，进行模拟和求解。
在齿轮强度有限元分析中，主要关注齿轮的应力和变形情况。
可以通
过ANSYS的后处理功能，获取齿轮在工作条件下的应力分布、变形情况和
承载能力等参数。
根据这些结果，可以评估齿轮的强度和稳定性，并进行
必要的设计优化。
需要注意的是，在进行齿轮强度有限元分析时，应该合理选择材料模型和加载条件，以及考虑齿轮的疲劳寿命和损伤累积等因素。
同时，还应该进行误差分析，评估模型的准确性和可靠性。
总之，基于ANSYS的齿轮强度有限元分析是一种可靠、高效的方法，可以帮助工程师评估齿轮的结构强度和稳定性，为齿轮的设计和使用提供科学依据。
但是，分析结果仅作为参考，实际齿轮设计还需综合考虑其他因素，如制造工艺和可靠性等。