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ANSYS 中斜齿轮的模态分析

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ANSYS循环对称结构模态分析实例-简化齿轮的模态分析

ANSYS循环对称结构模态分析实例-简化齿轮的模态分析

循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析一、问题描述该实例是对一个简化的齿轮模型的模态分析。

齿轮在几何形状上具有循环对称的特征，因此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。

要求确定齿轮的低阶固有频率。

已知的几何数据参见分析过程中的定义，材料特性数据如下：杨氏模量=2×108N/m2泊松比=0.3密度=7.8×10-6N/m3二、GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a Gear”，然后单击OK。

第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。

Element Types对话框将出现。

2.单击Add。

Library of Element Types对话框将出现。

3.在左边的滚动框中单击“Structural Shell”。

4.在右边的滚动框中单击“Elastic4node63”。

5.单击Apply。

6.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。

7.在右边的滚动框中单击“Brick8node45”。

8.单击OK。

9.单击Element Types对话框中的Close按钮。

第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。

Isotropic Material Properties对话框将出现。

2.在OK上单击以指定材料号为1。

第二个对话框将出现。

3.输入EX为2E8。

4.输入DENS为7.8e-6。

5.输入NUXY为0.3。

6.单击OK。

第4 步：定义建模所需的参数1.选取菜单途径Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters。

基于ANSYS环境下的渐开线斜齿轮的建模及模态分析

基于ANSYS环境下的渐开线斜齿轮的建模及模态分析

在 点 Ａ和 Ｂ之 间将 ０进 行 ｎ等 分 ， 样 就 可 以算 出 这
【 。 』 。－ 理
０． ｎ 。ｔ ． 【 ＝ｉｖ ＝ ｇ ～０
（） １
第 ｋ个 点 对应 的角 度 ０ 即 ０ ｋ０ ｎ ： ／ ，根 据 渐 开线 的极 坐 标方 程 ， 制 出渐 开 线 。 见 图 ３ 绘 。 ２２ 螺旋 线 的 构造 方 法 ．
Ａ
（ 用 布尔 减 运 算 从 齿 坯 实体 中切 去 齿 槽 体 ， ６） 即可 得
到 该渐 开 线 斜齿 轮 的三 维 模 型 。
２ 渐开 线斜 齿 轮齿 槽 三 维成 型 方 法 ２ １ 端 面渐 开线 的绘 制 ． 渐开 线 的极 坐 标方 程 为 ：
图 ２ 齿 轮 齿 厚 图 ３ 渐 开 线 的 形 成
ｒ
图 １ 渐 开 线 齿 廓 的 形 成 及 性 质
Ｓ Ｓ 一 ｒ ｉｖ ｔ ｉ＋ ） ｉ 生 ２ｉ ｎ ｎ ＝ 点 对 应 圆 的齿 厚 ； ｓ为 ｓ为 分 度 圆齿 厚 ， 于 对 标 准直 齿 轮 ｓ ＝竹ｍ ２ 斜齿 轮 为 端 面模 数 ｍ ； 为 分 度 圆半 ／（ ｒ
（ ） 生 成 的 齿 槽 实 体 以 齿 坯 轴 线 为 中 心 按 齿 数 进 行 ５将 旋转 阵 列 。
根 据 ｓ和 ｓ计 算 出 角 度 ０ ｂ 和 ０ ，即 ０ ＝．ａ ０ ＝ｂｔ ｂ ｓｒ， ｓｒ， ａ ］ ／．
０ （０ 一０ ／， 体 见 图 ２ ＝ ） 具 ２ 。
１ Ｎ Ｙ 环 境 下 渐 开 线 齿 轮 三 维 建 模 原 理 Ａ Ｓ Ｓ Ａ Ｓ Ｓ环 境 下 渐 开 线斜 齿 轮 三 维 造 型 的 具 体 步 骤 如 下 ： ＮＹ （ ） 照 齿顶 圆直径 和 齿 轮厚 度 建立 齿 坯 。 １按 （ ） 据 齿 轮 参 数 、 开 线 极 坐 标 方 程 和 齿 根 过 渡 曲 ２根 渐 线 的 参 数 方 程 构 造 齿 槽 的 一 条 端 面 渐 开 线 及 齿 根 过 渡 曲

基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析

基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
附录1外文翻译- 34 -
附录2 GUI操作步骤- 41 -
致谢- 45 -
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。随着履带式拖拉机性能和速度的提高，对变速箱齿轮也提出了更高的要求。改善齿轮传动性能，如提高承载能力、减轻重量、缩小外形尺寸、提高使用寿命和工作可靠性等，成为齿轮设计中的重要内容。履带式拖拉机变速箱齿轮广泛应用的是圆柱齿轮和圆锥齿轮，其中大约90%是直齿圆柱齿轮。变速箱齿轮工作应力很高，结构上要求重量轻、精度高，并具有足够承载能力和可靠性。齿轮传动失效主要发生在轮齿，主要失效形式有轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形等[1]。根据齿轮工作特点，在传递功率和运动过程中，轮齿齿根产生弯曲应力，齿面产生接触应力，齿面间相对滑动摩擦而产生磨损。齿轮主要失效特征是弯曲应力作用造成轮齿的变形和折断、接触应力作用而造成的表面疲劳剥落和摩擦作用而造成的磨损。在履带式拖拉机变速箱的维修中，失效齿轮有80%以上是由于面接触疲劳造成的。为了避免由于齿轮接触疲劳而引发的行驶事故，造成不必要的人员伤亡和经济损失，有必要对齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力进行分析和评估，为变速箱齿轮传动的设计提供依据。
然而，在齿轮的设计阶段，往往很难得到齿轮固有特性的实验数据，只能通过理论计算得到进行动力学分析的参数，目前最好的方法是有限元分析法。
对齿轮进行模态分析方面[4]，叶友东等研究了直齿圆柱齿轮的固有特性，采用有限元法建立了直齿圆柱齿轮的动力学模型，通过有限元分析软件ANSYS对齿轮进行了模态分析，得到了齿轮的低阶固有频率和主振型，为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。陶泽光等建立了单级齿轮减速器的有限元模型，用I-DEAS软件研究了该系统的固有特性。马红采用有限元法分析了齿轮-轴承-转子系统的弯扭耦合振动，讨论了弯扭藕合对系统固有频率、振型及稳定性的影响。Choy等人提出了一个分析方法来模拟齿轮转动系统中的振动，该方法把转子-轴承-齿轮系统的动态特性同齿轮箱结构的振动相耦合，用有限元模型表示齿轮箱结构，使用NASTRAN软件求解模态参数。杨晓宇建立了齿轮传动系统和结构系统的三维动力有限元模型，计算了由齿轮-传动轴-轴承-箱体组成的齿轮系统的动态响应，给出了齿轮箱受迫振动的位移-时间历程，并对整个齿轮系统进行了试验模态分析。刘辉等研究了斜齿轮体的固有振动特性并归纳了齿轮本体和轮齿的主要振型类型，分析了齿轮本体结构对固有频率的影响以及相邻齿对轮齿模态特性的影响，所得结论为动态设计提供参考。于英华等采用Pro/E软件实现斜齿轮的参数化建模并利用ANSYS有限元软件对斜齿轮进行模态分析，研究斜齿轮的固有振动特性，得到了斜齿轮的低阶固有振动频率和主振型。

在ansys中进行齿轮模态分析

在ansys中进行齿轮模态分析
FITEM,2,7493
FITEM,2,-7494
FITEM,2,7501
FITEM,2,7544
FITEM,2,-7550
FITEM,2,7585
FITEM,2,-7591
FITEM,2,7728
FITEM,2,7740
FITEM,2,-7755
FITEM,2,8983
/VUP,1,Y
/REPLOT
!*
K,1,R1,0,0,
K,2,R4,0,0,
K,3,R4,0,H3,
K,4,R3,0,H3,
K,5,R3,0,H2,
K,6,R2,0,H2,
K,7,R2,0,H1,
K,8,R1,0,H1,
K,10,0,0,0,
K,11,0,0,1, !关键点
K,54,R4+0.76*(R5-R4),ANG3+0.375*(ANG4-ANG3),0
K,55,R4+0.58*(R5-R4),ANG3+0.5*(ANG4-ANG3),0
K,56,R4+0.35*(R5-R4),ANG3+0.625*(ANG4-ANG3),0
K,57,R4+0.16*(R5-R4),ANG3+0.75*(ANG4-ANG3),0
*SET,ANG4,12
/PNUM,KP,1
/PNUM,LINE,1
/PNUM,AREA,1
/PNUM,VOLU,0
/PNUM,NODE,0
/PNUM,TABN,0
/PNUM,SVAL,0
/NUMBER,0
!*
/PNUM,ELEM,0

基于Ansys Workbench的斜齿轮轴有限元静力分析

基于Ansys Workbench的斜齿轮轴有限元静力分析
斜齿轮轴边界条件与载荷，如图 5 所示。
设计与研究
17
（4）输出结果：此次分析忽略阶梯轴截面尺寸突变 引起的应力集中，所以有限元分析中斜齿轮边缘处的应力 可能大于中间截面的应力。经计算，输出斜齿轮与斜齿轮轴 形变图与应力图。从图 6 中可以看出，斜齿轮形变最大位置 为承受转矩的齿轮齿顶位置，形变量为 0.047mm；从图 7 中 可以看出，斜齿轮承受应力最大位置为承受转矩的齿轮齿根 位置，最大应力为 65.95MPa。从图 8 中可以看出，斜齿轮 轴形变最大位置为与斜齿轮接触的轴环外侧，最大形变为 0.021 ～ 0.026mm；从图 9 中可以看出，斜齿轮轴应力最大 位置除固定轴的轴径位置外，还集中在斜齿轮与轴环接触 的内侧，应力最大值为 14.6-22.0MPa ≤ [δ-1b]=40MPa。最 终可以看出，轴的形变较小，强度满足设计要求。
参考文献
[1] 李兵，何正嘉，陈雪峰 .ANSYS Workbench 设计、仿真与优化 [M]. 北京：清华大学出版社，2008：42-43.
[2] 白恩军，谢里阳，佟安时，白鑫 . 考虑齿轮轴变形的斜齿轮接 触分析 [J]. 兵工学报，2015，（10）：153-159.
[3] 张义民，杨健，胡鹏 . 斜齿轮副传递有限元误差分析 [J]. 机 械设计与制造，2014，（3）：189-191.
图 1 斜齿轮受力分析图
将 Fn 分解为径向分力 Fγ、圆周力 Ft 和轴向力 Fα 三个互
相垂直的空间分力。此外，分度圆直径为 d
=
Zm cos β
，圆周力
为
Ft
=
2T1 d
，轴向力为
Fα=Fttanβ，径向力为
Fγ
=
Ft tan αn cos β

ANSYS 中斜齿轮的模态分析

ANSYS 中斜齿轮的模态分析
1110100c201选择分析类型2选择单元类型3定义实常数定义弹性模量为2e11泊松比为033在活动的坐标系中建立8关键点并生成样条曲线4镜像样条曲线5用样条曲线将曲线封闭6由封闭曲线生成面7将面沿坐标系挤出8沿轴复制形成的实体效果较下页9创建圆柱体效果见下页10通过坐标创建键槽11通过subtract生成齿轮12规定单元边长划分网格效果见下页13选定内圈设定约束效果见下页14选定分析类型modal15设定计算阶数16计算并读结果效果如图
ANSYS 中斜齿轮的模态分析
制作者：1110100C20
1、选择分析类型
2、选择单元类型
3、定义实常数
• 定义弹性模量为2e11，泊松比为0.3
3、在活动的坐标系中建立8关键点 并生成样条曲线
4、镜像样条曲线
5、用样条曲线将曲线封闭
6、由封闭曲线生成面
7、将面沿坐标系挤出
8、沿轴复制形成的实体
（效果较下页）
9、创建圆柱体
（效果见下页）
10、通过坐标创建键槽
11、通过subtract生成齿轮
12、规定单元边长划分网格
（效果见下页）
13、选定内圈设定约束
（效果见下页）
14、选定分析类型mod如图

基于ANSYS分析的齿轮设计


齿 轮 传动 是机 械传 动 中最 重 要 的零 件之
一 ， 它在机械传动以及整个机械领域中的应用 １创建有 限元模型
极其广 泛。齿轮的使用情况 、材料及热处理工
艺的不 同会使齿轮 传动出现不同的失效形式 。 一 般来说 ，齿轮设计主要是对其主要失效形式 进行抗失效的计算和校核 。计算机辅助分析可 以使这些传统的计算分析过程简单化 ，并能得 到合理的结果 。通过 ＡＮＳＹＳ软件对齿轮进行 分析 ，得到齿根 弯曲应力和齿面接触应力 ，提 供齿轮的设计依据 ，还可以通过对其进行模态 分析来研究振动特性 。
２０１６年第２期 总第４３卷
零部 件 分析 与设计
·６３·
基于 ＡＮＳＹＳ分析 的齿轮设计
雒晓兵 ，苗莉 ，许可芳 ，惠振 亮
（兰州交通大 学博文 学院，甘肃 兰州 ７３０１０１）
摘要：采用 ＡＮＳＹＳ有限元方法对减速器渐开 线斜齿 圆柱齿轮进行分析计 算。 利用三维软件 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ
关键词：ＡＮＳＹＳ；渐开 线斜齿 圆柱齿 轮；模 态分析 ；弯曲应力；接 触应 力 ；ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ
中图分类号：ＴＨ１２２
文献标志码：Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—０３ １６．２０１６．０２．０１６
文章编号：１００６—０３１６（２０１６）０２—００６３—０４
Ｄ ｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅａｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ ａｎａｌｙｓｉｓ ＬＵ Ｏ Ｘｉａｏｂｉｎｇ， Ｍ ＩＡＯ Ｌｉ， ＸＵ Ｋｅｆａｎｇ， ＨＵＩ Ｚｈｅｎｌｉａｎｇ
较低 ；选择了稳定 区域的切削速度 ，可以大幅
度提高切削宽度 ，从而可大幅度提高切削效率。
ｌ １２ 。

基于ANSYS技术的齿轮箱模态分析及优化

1. 引 言
齿轮箱是传动系统中的重要组件，是轴承、齿轮等零部件安装的基础。齿轮箱在受到外 界激励时不可避免的要产生振动，箱体要承受各种载荷并产生应力和变形[1]；齿轮啮合过程
中产生冲击，通过轴和轴承传递到箱体而引起箱体的振动。齿轮箱的振动不仅会产生噪声，
还会引起箱体内齿轮和轴的不对中，加速齿轮及轴承表面的磨损。继而会导致系统产生故障， 严重时会产生重大生产事故，带来经济损失。而振动系统与系统的形式具有一定的关联性， 因此开展对齿轮箱的动态特性分析研究将有着重大的实际意义。
图 3 齿轮箱一 二阶振型
分析如下：
图 4 箱体三 四阶振型 -3-
中国科技论文在线

如表 2、图 3、图 4 所示，一阶振型为箱体沿 x 方向的整体摆动，摆动以箱体与底座连 接处为中心，向上则摆动幅度增大，摆动容易引起连接处的疲劳损伤，故需增加连接处刚度。
The Modal Analysis and optimization of gear box based ANSYS
-5-
中国科技论文在线

Zhang Xueliang1，Cheng Hang 1，Zhao Yuan1
1Electronic Engineering Research Institute and Taiyuan University of Technology Mechanical， Taiyuan，PRC,(030024)
3.4 箱体材料属性的确定
箱体材料为铸铁，上下箱体均为同一材料，查手册知铸铁的弹性模量、密度和泊松比如表 1
所示
表 1 箱体材料属性
1.6 × 1011
kg/ m3 7.8 ×103
3.5 边界条件的确定
齿轮箱工作时，通过螺栓固定底座，为模拟齿轮箱实际工作情况，达到准确预估箱体动 态特性的目的，需对箱体模态分析施加正确的边界条件，即对箱体底部施加面约束[6]。网格 划分后模型共包括 71995 个节点，44800 个单元。箱体约束的有限元模型如图 2 所示

基于ANSYS的斜齿轮有限元模态分析资料

斜齿轮模态分析
机械设计制造及其自动化概述：本次分析分析题目为机械设计课程设计二级减速器低速轴齿轮一、UG建模
二、模型导入
三、生成实体，输入命令
生成实体
四、定义单元类型(SOLID45)输入命令
添加单元类型
五、选择材料（弹性模量、泊松比、密度）定义弹性模量，泊松比
定义密度
六、划分网格
七、施加约束
在键槽孔施加约束
八、选择分析类型，扩展模态
定义扩展模态
九、求解
十、实验结果及分析一阶模态
变形图
节点应力图
最大变形为0.156X10^-4mm
二阶模态变形图
应力图
最大变形为0.157X10^-4mm 三阶模态
应力变形
应力图
最大变形为0.125X10^4mm
四阶模态应力变形
应力图
最大变形为0.188X10^4mm 五阶模态
应力变形
应力图
最大变形为0.196X10^4mm。

ansys-齿轮模态分析

基于ANSYS 的齿轮模态分析齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的应用在各个生产领域中，经常用在重要的场合；传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速发生强烈的共振，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。

静力学计算不能完全满足设计要求，因此有必要对齿轮进行模态分析，研究其振动特性，得到固有频率和主振型(自由振动特性)。

同时，模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析的基础。

本文运用UG 对齿轮建模并用有限元软件ANSYS 对齿轮进行模态分析，为齿轮动态设计提供了有效的方法。

1.模态分析简介由弹性力学有限元法，可得齿轮系统的运动微分方程为：[]{}[]{}[]{}{()}M X C X K X F t ++= （1）式中，[]M ，[]C ，[]K 分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，{}X 、{}X 、{}X 分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，12{}{,,,}T n X x x x =；{()}F t 为齿轮所受外界激振力向量，{}12{()},,T n F t f f f =。

若无外力作用，即{}{()}0F t =，则得到系统的自由振动方程。

在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它们影响不大，因此，可以作为无阻尼自由振动问题来处理[2]。

无阻尼项自由振动的运动方程为：[]{}[]{}0M X K X += （2） 如果令 {}{}sin()X t φωφ=+则有 2{}{}sin()X t ωφωφ=+代入运动方程，可得 2([][]){}0i i K M ωφ-= （3） 式中i ω为第I 阶模态的固有频率，i φ为第I 阶振型，1,2,,i n =。

2.齿轮建模 在ANSYS 中直接建模有一定的难度，考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口，可以方便的转化，而UG 软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出，可以通过参数控制模型尺寸的变化，因此本文采用通过UG 软件对齿轮进行参数化建模，保存为IGES 格式，然后将模型导入到ANSYS 软件中的方法。

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ANSYS 中斜齿轮的模态分析
制作者：1110100C20
1、选择分析类型
2、选择单元类型
3、定义实常数
• 定义弹性模量为2e11，泊松比为0.3
3、在活动的坐标系中建立8关键点 并生成样条曲线
4、镜像样条曲线
5、用样条曲线将曲线封闭
6、由封闭曲线生成面

7、将面沿坐标系挤出
8、沿轴复制形成的实体
（效果较下页）
9、创建圆柱体
（效果见下页）
10、通过坐标创建键槽
11、通过subtract生成齿轮
12、规定单元边长划分网格
（效果见下页）
13、选定内圈设定约束
（效果见下页）
14、选定分析类型modal
15、设定计算阶数
16、计算并读结果效果如图