ANSYS齿轮接触分析案例

基于ANSYS/LS 2DY NA 的直齿锥齿轮动力学接触仿真分析高　翔,程建平(江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江　212013)摘要:针对直齿锥齿轮疲劳破坏中出现儿率最高的齿面接触疲劳强度问题,在UG 中建立齿轮几何模型,利用ANSYS/LS 2DY NA 对齿轮进行动力学接触仿真分析,计算了齿轮副在啮合过程中齿面接触应力、应变的变化情况及两对轮齿同时接触过程中接触压力的分布情况。

关键词:直齿锥齿轮;AN S YS /LS 2D Y NA;动力学;接触仿真分析中图分类号:TH132.421 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2008)02-0050-02Dynam ic Contact Emulate Analysis of Bevel Gear with ANSYS/LS 2DY NAGAO X iang,CHEN G J ian 2ping(School of Aut omotive and Traffic Engineering,J iangsu University,Zhenjiang 212013,China )Ab s tra c t:Geometrical model of a bevel gear is established and bevel gear dyna m ic emulati on analysis is operatedwith ANSYS/LS 2DY NA s oft w are f or that the fatigue failure p r obability of bevel gear is the highest in t ooth surfaces contact fatigue resistance .The contact stress and def or mati on during the meshing p r ocess are calculated .And the distributi on of contact f orce is calculated when t w o pairs of teeth contact si m ultaneously .Key wo rd s:Bevel gear;ANSYS/LS 2DY NA;Dyna m ic;Contact si m ulati on analysis 由于车用齿轮的传动比和传递功率大,加工难度与成本都相当高,所以如何提高车用齿轮的传动性能与使用寿命,近年来一直深受社会各界的广泛关注。

0引言差速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分，在汽车于凹凸不平的路面上行驶或转弯时，能够限制左右（或前后）驱动轮以不同的速度旋转，确保驱动轮以纯滚动状态行驶。

差速器齿轮的优化设计对保证差速器强度和耐久度，保证车辆安全可靠行驶，提高整车驾驶性，减少能源消耗等具有重要意义。

差速器的齿轮传动性能的影响因素之一是齿形；目前广泛应用于差速器的齿廓曲线齿轮有渐开线齿轮、圆弧齿轮和Logix 齿轮。

日本学者小守勉首次提出了名为Logix 齿轮（Logix Gear ）的新型齿轮。

如图1所示，Logix 齿形由多条微段渐开线连接而成，其节圆内外为凹凸形式，在啮合时齿廓上分布着大量相对曲率为0的结合点[1]。

取任一点O 1作夹角为α0的两条射线O 1N 1和O 1n 0，分别与节线P.L 交于N 1和n 0两点，其中O 1N 1与节线P.L 垂直。

取O 1n 0=G 1，并作线段O 1O′1=2G 1，使其与O 1n 0夹角为δ（称为相对压力角[2]）。

若以O 1和O′1为圆心，以G 1为半径分别作两个相切的基圆，和节线P.L 分别交于N 1和n 0两点。

取g 1s 1为两圆的发生线，则根据渐开线的形成原理，曲线m 0s 1和m 1s 1分别是发生线g 1s 1沿O 1和O′1的基圆滚过弧长g 1n 1和g 1n 0形成的渐开线。

1Logix 齿轮副有限元模型根据齿轮啮合理论，Logix 齿轮由于各微段渐开线的结合点在啮合时相对曲率为零，大量零点的啮合使得齿轮的滑动系数非常小，基本上能够实现滑动摩擦，从而增加齿轮表面的接触疲劳强度。

差速器是车辆驱动桥的核心部件，建立一套针对差速器Logix 齿轮的高精度、普适性仿真模型，对保证整车动力传递及疲劳耐久性能起着关键作用。

本文主要选用有限元软件ANSYS 进行Logix 齿轮接触应力和齿根弯曲应力的仿真分析，一方面充分利用ANSYS 接触分析功能强大和后处理操作简便，运算速度快，结果可靠性高等优点，另一方面考虑ANSYS 前处理与ProE 等建模软件的契合度高，建好的模型导入过程顺利，节省了模型导入过程中可能的数据错误，提高了解算的准确性，有利于提高产品设计的优化效率。

基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题，它在很多实际应用中都具有关键作用。

接触分析能够帮助工程师设计和改进各种产品和结构，从而提高其性能和寿命，减少故障和事故的发生。

ANSYS作为一款强大的工程仿真软件，提供了多种接触分析方法和工具，为工程师们解决接触问题提供了便利。

本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。

二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种：解析方法和数值模拟方法。

解析方法基于一系列假设和理论分析，能够给出理论解析解，但局限于简单的几何形状和边界条件。

数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件，利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形情况，可以适用于复杂的几何形状和边界条件。

ANSYS软件采用的是数值模拟方法，它基于有限元法和多体动力学原理，可以使用接触元素来建立模型，模拟接触过程中的相互作用，得到接触点的应力、应变以及变形信息，从而分析接触的性能和行为。

接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。

三、接触分析方法1. 接触元素：ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择，包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。

用户可以根据具体的接触问题选择合适的接触元素，建立几何模型来模拟接触行为。

2. 接触定义：在ANSYS软件中，用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。

接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等；接触参数包括接触初始状态、接触刚度等；接触约束包括接触面间的约束条件等。

3. 接触分析：通过在ANSYS软件中建立模型，定义接触参数和加载条件，进行接触分析，得到接触点的应力、应变和变形信息。

可以通过分析结果来评估接触性能，发现可能存在的问题，并进行改进和优化。

四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域：在机械工程中，接触问题广泛存在于各种设备和结构中，如轴承、齿轮、支撑结构等。

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。

课程论文(2015-2016学年第二学期)基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析基于ANSYS WORKBENCH 的空间曲线啮合齿轮接触分析摘要：空间曲线啮合齿轮是近几年来华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，对该齿轮的弯曲应力和强度设计准则都有了一定的研究。

因此，本文主要是利用ANSYS WORKBENCH软件来对该齿轮来进行接触分析的进行探讨，介绍了接触分析的方法，为空间曲线啮合齿轮提供了一种新的分析方法。

用两个初始参数几乎完全一样的两个齿轮对来进行比较分析，得到交错轴齿轮比交叉轴齿轮的等效应力更大；安装位置对分析的结果的影响也很大；等效应变和变形都能够满足我们实际的需求等这些结论。

关键词：ANSYS WORKBENCH 空间曲线啮合齿轮接触分析1.引言传统的齿轮的形式多种多样，用有限元对传统齿轮的机构进行分析是目前研究采用得最多的一种方法。

而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。

因此近年来，国内外学者开始采用接触有限元法对齿轮进行分析。

接触有限元法来分析齿轮结构，为齿轮的快速设计和进一步的优化设计提供条件。

空间曲线啮合齿轮(Space Curve Meshing Wheel, SCMW) [1~3]是近几年来由华南理工大学教授陈扬枝提出的新型齿轮，而空间曲线啮合交错轴齿轮则是可以运用于空间交错轴上的啮合齿轮。

不同于基于齿面啮合理论的传统齿轮机构[4、5]，它们是基于一对空间共轭曲线的点啮合理论。

它的特点是：传动比大、小尺寸、质量轻等。

课题组前期已经研究了适用于该空间曲线啮合轮机构的空间曲线啮合方程[6]，重合度计算公式[7]，强度设计准则[8]以及制造技术[9]等，并设计出微小减速器[10]。

同时，对于该齿轮的等强度设计等方面正在进行研究。

ANSYS WORKBENCH是用ANSYS 求解实际问题的产品，它是专门从事于模型分析的有限元软件，能很好地和现有的CAD三维软件无缝接口，来对模型进行静力学、动力学和非线性分析等功能。

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。

基于ANSYS的圆柱直齿轮接触应力分析摘要：根据轮齿齿廓的数学模型,在ANSYS环境下建立了轮齿平面有限元模型,并进行了应力分析计算.与传统的方法相比,有限元分析法能准确地获得齿轮的真实应力场,为齿轮强度计算提供了可靠的依据.通过实例阐述了直齿轮的建模方法,并介绍了具体的设计原理,将生成的一对齿轮进行标准安装生成啮合模型。

通过ANSYS转化成由节点及元素组成的有限元模型,运用完全牛顿-拉普森方法进行接触应力的静力学求解,并介绍了算法原理。

说明了新的接触单元法的精确性、有效性和可靠性。

关键词：齿轮Ansys 接触应力接触分析有限元Based on the ANSYS spur gear contact stress analysisAbstract: According to the mathematic model of a tooth profile of gear,the finite element model of a flat of gear tooth was established under the environment of ANSYS and the stress of a gear tooth was analyzed and caculated by means of finite element method. The real stress field of gear obtained by finite element method was more accurate than that obtained by traditional method.Therefore,it can provide the dependable basis for strength calculation of teeth of the gear.The method of modeling of spur gear is illustrated by an example. The concrete design principles are introduced as well.A constructed pair of gears is fixed normatively to give birth to gear model. By way of ANSYS,the gear model is transformed to the finite element model consisting of nodes and elements. Then NR method is used to get the statics solution by contact stress,and the arithmetic principle is introduced. The new contact element method proposed in the thesis is proved to be precise,valid and reliability. Keyword:gear Ansys contact stress contact analysis finite element0 引言齿轮传动是机械传动中最广泛应用的一种传动，它具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。

1072013年9月下 第18期 总第174期1 概述随着齿轮传动向重载、高速、低噪、高可靠性方向发展,现代齿轮设计对齿轮传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。

齿轮设计的主要内容之一是强度设计,因此,建立比较精确的分析模型,准确的掌握齿轮应力的分布特点和变化规律具有重要的意义。

①③④设计模型的几何尺寸及边界条件如下表所示,大齿轮与小齿轮的齿厚为10mm,两个齿轮的中心距离为81mm。

小齿轮为主动齿轮,大齿轮为从动齿轮,小齿轮均匀转速0.2rad/s,大齿轮承受600N.m 的阻力扭矩,计算时间为1s.(如表1表2)2 模型的建立定义小齿轮渐开线,定义小齿轮根部过渡曲线,定义小齿轮齿廓线,建立小齿轮模型,同理建立大齿轮模型,调整两个齿轮的位置,如图1所示。

3 齿轮有限元网格模型的建立在Ansys中对齿轮副进行分析,首先要建立齿轮的有限元网格模型。

依据齿轮啮合模型参数,把根据齿面方程设计的专有程序计算结果导人Ansys,建立齿轮单齿有限元网格模型如图2所示。

针对所建齿轮模型,在齿高方向划分了17层单元,过渡部分划分4层单元,齿厚方向划分41层单元,为节省计算资源,省略了齿轮的辐板和轮载部分等对接触分析结果影响不大的部分。

该模型共有7896个节点,7678个单元,轮齿采用Solid45八节点线性等参元,将生成的单齿模型数据导人到Ansys中,并对其进行旋转复制等操作,把单齿模型拓展为有限元网格模型。

4 齿面接触情况及分析过程在上述模型上施加扭矩,对面齿轮副进行分析计算。

由于面齿轮的传动误差都很小,一般都在10-4-10-2范围内,基本上呈一条直线,并且波动性不大。

下图给出面齿轮轮齿在一个啮合周期内5个啮合位置的接触情况。

其中:图3为初始啮合位置的接触情况,图4为啮合终了位置的接触情况。

图中显示了不同啃合位置面齿轮轮齿接触区域的位置和形状变化,反映了齿轮副的啃合性能。

理论上讲,面齿轮啃合时为点接触,而在加载时齿面形成椭圆状接触区,接触区的大小用接触椭圆的长轴来衡量。

用柔度矩阵法求解三维弹性接触问题，只需调用一次有限元法得到各接触体可能接触点对上分别作用单位力时的柔度值，就可以完成接触问题的求解。

３有限元模型对一些比较复杂的结构计算，较为有效的方法是运用有限元模型进行数值计算，来获得所需要的计算结果。

为了模拟齿轮之间的接触力的传递情况，在２个齿轮之间考虑了接触问题，采用的有限元计算软件是ＡＮＳＹＳ。

３．１齿轮有限元建模（１）大齿轮主要参数模数：２．５ｎｌｌｎ齿数：３０材料：４５钢泊松比：０．２５９（２）小齿论主要参数模数：２．５ｍｌｎ齿数：２０材料：４０Ｃｒ泊松比：０．２７７由于ＡＮＳＹＳ在齿轮造型比较复杂，所以，利用其比较完善的数据接口，在ＣＡＸＡ电子图板中利用其自带的齿轮库完成齿轮造型，以ＩＧＳ文件格式导入到ＡＮＳＹＳ中。

３．２定义单元属性由于直齿齿轮可以转化为平面问题，所以选用二维４节点片面单元ＰＬＡＮＥｌ８２用于建立面模型。

３．３网格划分如果用智能网格划分可能无法保证分析结果的精确，可以控制轮廓线上的单元数进行智能划分，网格划分结果见图１。

图１齿轮对整体有限元模型接触处的局部网格见图２，根据划分情况可以＜起重运输机械：》２００８（６）看出在接触处网格足够紧密，而不会产生应力集中的部位网格较疏松。

减少了不必要的单元，大大减少了计算量。

图２局部接触处网格划分４建模中的一些问题由于接触问题是一种高度非线性问题，其处理上存在２大难点：（１）在求解问题之前，并不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的，突然变化的，这随载荷、材料、边界条件和其他因素而定；（２）大多的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型供选择，摩擦使问题的收敛变得困难。

接触问题分为２种基本类型：刚体一柔体的接触，柔体一柔体的接触。

齿轮接触问题是典型的柔体一柔体的面一面接触问题。

４．１处理界面约束的方法选择在ＡＮＳＹＳ中，提供了４种处理界面约束的方法：（１）Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法；（２）罚方法；（３）啪ｇｅ法和罚方法结合；（４）增广的Ｌａｇｒａｎｇｅ法。

SolidWorks导入ansys齿轮接触分析原料：SolidWorks，ansys，1、SolidWorks建立三维实体模型如图1所示，要保证实体没有干涉。

保存为***.X_T格式，注意用文件名不能出现中文字符。

2、打开ansys软件，设定储存目录，然后preference，勾选structural，点击OK。

如图2.3、添加两种单元类型，mass21和solid185.选中 solid185，点options，将K2改为Reduced integration。

如图3。

4、点real constant 选中solid185，将下面的框键入4.设置材料属性.弹性模量2.1E11，泊松比0.3. 摩擦系数设置为0.1.5、file-import-PARA，找到***.X-T文件，打开。

只有线框。

点击8、设定接触，8.1点击图标，然后点击图标，点pick target，选取小齿轮上的可能与大齿轮接触的齿面，——OK,8.2 点击next，点击pick contact，选取大齿轮上可能与小齿轮接触的齿面，——OK,——next——create。

_finish.9、建立刚性区域9.1 打开select entities ——OK，选择小齿轮侧的关键点，——OK，9.2 建立一个主节点，name 设为为M1.9.3 重复9.1和9.2建立大齿轮侧的主节点。

9.4打开select entities，如下图设置，——OK，选择小齿轮的内圆柱面，——OK，9.5打开select entities，如下图设置——OK，建立一个从节点，name 设为为S1，如下图。

9.6 主节点和从节点结合如下图，组装name为MS1，——OK，9.7 按照9.4到9.6步骤建立另一个从节点，并与另一个从节点组装。

9.8 选择一个assembly，操作如下图，——OK,选择MS1——OK，9.9 显示选择的节点，9.10 设定刚性区域,如下图，先选择主节点，点击apply,然后点击Pick ALL,后面的都点击OK，就完成了刚性区域建立9.11 重复9.8到9.10 设定另一个刚性区域。

ansys齿轮接触分析命令流/prep7!单位是n,和mm!先建立两个齿轮模型(没又齿根过渡线，只适合基圆半径小于齿根圆的情况) m=4 !齿轮模数z1=45 !齿轮齿数pi=3.1415926ang=20 !分度圆上的压力角ha_c=1 ! 齿顶高系数c_c=0.25 !顶隙系数ha=ha_c*m !齿顶高hf=(ha_c+c_c)*m !齿根高d=m*z1 !分度圆直径db=d*cos(ang*pi/180) !基圆直径da=d+2*ha !齿顶圆直径df=d-2*hf !齿根圆直径x=0s=pi*m/2+2*x*m*tan(ang*pi/180) !分度圆齿厚 theta_s=tan(ang*pi/180)-ang*pi/180fai_s=s/dalfa_a=acos(db/da)*180/pi !齿顶圆压力角(角度表示)alfa_f=acos(db/df)*180/pi !齿根圆压力角(角度表示) dfr=0.38*m !齿根圆角半径!b=0.012 !齿宽deata_ang=360/z1 !齿轮两齿间的夹角*dim,alfa,array,10*dim,rk,array,10*dim,theta,array,10*dim,fai,array,10*do,i,1,10alfa(i)=(alfa_f+((alfa_a-alfa_f)/9)*(i-1))*pi/180 !每条渐开线上生成10各关键点所对应的压力角大小(用弧表示)*enddo*do,i,1,10rk(i)=(db/2)/cos(alfa(i)) theta(i)=tan(alfa(i))-alfa(i) !弧度表示*enddo*do,i,1,10fai(i)=(theta_s+fai_s-theta(i))*180/pi !角度*enddoCSYS,1*do,i,1,10k,i,rk(i),fai(i) *enddoksel,allBSPLIN,ALL !绘制齿廓线csys,0LSYMM,Y,1K,30000LARC,10,12,30000,da/2 csys,1LSEL,ALLLGEN,Z1,ALL,,,0,-deata_angkpoint=10+1*do,i,1,z1-1,1larc,kpoint,kpoint+2,30000,df/2kpoint=kpoint+4*enddolarc,187,1,30000,df/2 LSEL,ALLAL,ALLCYL4, , ,50ASBA, 1, 2 csys,0AGEN,2,3, , ,1.00*d, , , ,0!********************************************************* ET,1,PLANE82MP,EX,1,500000MP,NUXY,1,0.3MP,EX,2,400000MP,NUXY,2,0.3TYPE, 1MAT, 1 REAL,ESYS, 0SECNUM,!*SMRT,3MSHAPE,0,2D MSHKEY,0AMESH,3!*MAT, 2AMESH,1FLST,5,90,2,ORDE,73FITEM,5,5 FITEM,5,-6 FITEM,5,61 FITEM,5,-62 FITEM,5,83 FITEM,5,-84 FITEM,5,89 FITEM,5,-90 FITEM,5,145 FITEM,5,-147 FITEM,5,180 FITEM,5,-181 FITEM,5,187 FITEM,5,211 FITEM,5,-212 FITEM,5,216 FITEM,5,-217FITEM,5,242 FITEM,5,-243 FITEM,5,248 FITEM,5,-249 FITEM,5,393 FITEM,5,-394 FITEM,5,444 FITEM,5,-446 FITEM,5,461 FITEM,5,-464 FITEM,5,483 FITEM,5,-484FITEM,5,525 FITEM,5,584 FITEM,5,587 FITEM,5,624 FITEM,5,635FITEM,5,641 FITEM,5,643 FITEM,5,681 FITEM,5,703 FITEM,5,-704 FITEM,5,732 FITEM,5,737 FITEM,5,774 FITEM,5,-775 FITEM,5,864 FITEM,5,-865FITEM,5,882 FITEM,5,-883 FITEM,5,895 FITEM,5,903 FITEM,5,-904FITEM,5,922 FITEM,5,941 FITEM,5,961 FITEM,5,967 FITEM,5,-968 FITEM,5,982 FITEM,5,1000 FITEM,5,-1003FITEM,5,1114 FITEM,5,-1117FITEM,5,1127 FITEM,5,1163 FITEM,5,-1166FITEM,5,1171 FITEM,5,-1176FITEM,5,1266 FITEM,5,1270 FITEM,5,1310 FITEM,5,-1312FITEM,5,1343 FITEM,5,-1346FITEM,5,1350 FITEM,5,-1351CM,_Y,ELEMESEL, , , ,P51X CM,_Y1,ELEMCMSEL,S,_YCMDELE,_Y!*!*EREF,_Y1, , ,1,0,1,1CMDELE,_Y1CM,_NODECM,NODE CM,_ELEMCM,ELEM CM,_KPCM,KPCM,_LINECM,LINE CM,_AREACM,AREA CM,_VOLUCM,VOLU /GSAV,cwz,gsav,,temp MP,MU,1,0.2MAT,1R,3REAL,3ET,2,169ET,3,172KEYOPT,3,9,0KEYOPT,3,10,2 R,3,RMORE,RMORE,,0RMORE,0! Generate the target surfaceLSEL,S,,,1LSEL,A,,,2LSEL,A,,,3LSEL,A,,,4LSEL,A,,,5LSEL,A,,,6LSEL,A,,,7LSEL,A,,,8LSEL,A,,,9LSEL,A,,,10LSEL,A,,,128LSEL,A,,,130LSEL,A,,,131LSEL,A,,,132 LSEL,A,,,133 LSEL,A,,,134 LSEL,A,,,135 LSEL,A,,,136 LSEL,A,,,137 LSEL,A,,,138 LSEL,A,,,178 LSEL,A,,,179 LSEL,A,,,180 CM,_TARGET,LINETYPE,2NSLL,S,1ESLN,S,0ESURFCMSEL,S,_ELEMCM! Generate the contact surfaceLSEL,S,,,264 LSEL,A,,,265 LSEL,A,,,266 LSEL,A,,,267 LSEL,A,,,268 LSEL,A,,,269 LSEL,A,,,270 LSEL,A,,,271 LSEL,A,,,272 LSEL,A,,,273LSEL,A,,,274 LSEL,A,,,275 LSEL,A,,,276 LSEL,A,,,277 LSEL,A,,,278 LSEL,A,,,279 LSEL,A,,,280 LSEL,A,,,281 LSEL,A,,,282 LSEL,A,,,283 LSEL,A,,,284 LSEL,A,,,285 LSEL,A,,,286 LSEL,A,,,287 LSEL,A,,,288CM,_CONTACT,LINETYPE,3NSLL,S,1ESLN,S,0ESURFALLSELESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2 ESEL,A,TYPE,,3 ESEL,R,REAL,,3 /PSYMB,ESYS,1/PNUM,TYPE,1/NUM,1EPLOTESEL,ALLESEL,S,TYPE,,2 ESEL,A,TYPE,,3 ESEL,R,REAL,,3 CMSEL,A,_NODECM CMDEL,_NODECM CMSEL,A,_ELEMCM CMDEL,_ELEMCM CMSEL,S,_KPCM CMDEL,_KPCM CMSEL,S,_LINECM CMDEL,_LINECM CMSEL,S,_AREACM CMDEL,_AREACM CMSEL,S,_VOLUCM CMDEL,_VOLUCM /GRES,cwz,gsav CMDEL,_TARGETCMDEL,_CONTACT NROPT,UNSYMLOCAL,11,1,180,0,0, , , ,1,1,EPLOTCSYS,1LSEL,ALLFLST,5,4,4,ORDE,2FITEM,5,181FITEM,5,-184LSEL,S, , ,P51X NSEL,ALL NSLL,S,1NPLOTFLST,2,88,1,ORDE,4 FITEM,2,181 FITEM,2,-184FITEM,2,635FITEM,2,-718NROTAT,P51XFINISH/SOLFLST,2,88,1,ORDE,4 FITEM,2,181 FITEM,2,-184FITEM,2,635FITEM,2,-718!*/GOD,P51X, , , , , ,UX, , , , , FLST,2,88,1,ORDE,4 FITEM,2,181 FITEM,2,-184FITEM,2,635FITEM,2,-718!*/GOD,P51X, ,0.6, , , ,UY, , , , , ALLSEL,ALLCSYS,11,EPLOTLSEL,ALLFLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,365 FITEM,5,-368LSEL,S, , ,P51X NSEL,ALL NSLL,S,1NPLOTFINISH/PREP7FLST,2,88,1,ORDE,4 FITEM,2,2815 FITEM,2,-2818 FITEM,2,3269 FITEM,2,-3352 NROTAT,P51X FINISH/SOLFLST,2,88,1,ORDE,4 FITEM,2,2815 FITEM,2,-2818 FITEM,2,3269 FITEM,2,-3352 !*/GOD,P51X, ,0, , , ,UX, , , , ,ALLSEL,ALLEPLOT!*!*OUTRES,ALL,ALL, !*TIME,1AUTOTS,-1DELTIM,0.05,0.05,0.05,1KBC,0!*TSRES,ERASEsolve/POST1!*/EFACET,1/DSCALE,ALL,1.0 PLNSOL, S,EQV, 0,1.0。

基于ANSYS有限元软件的直齿轮接触应力分析一、本文概述随着现代机械工业的飞速发展，齿轮作为机械设备中的关键传动元件，其性能的稳定性和可靠性对于设备的长期运行和维护至关重要。

直齿轮作为齿轮传动的一种基本形式，其接触应力的分布与大小直接影响着齿轮的工作性能和使用寿命。

因此，对直齿轮接触应力的深入研究与分析，对于提高齿轮的设计水平、优化制造工艺以及提升设备的整体性能具有重要意义。

本文旨在利用ANSYS有限元软件对直齿轮的接触应力进行分析。

简要介绍了直齿轮的基本结构和传动原理，阐述了接触应力分析的必要性和重要性。

详细阐述了ANSYS有限元软件在齿轮接触应力分析中的应用，包括建模、网格划分、材料属性设定、接触设置、求解及后处理等关键步骤。

通过实例分析，展示了ANSYS软件在直齿轮接触应力分析中的具体操作流程，并对分析结果进行了详细的解读。

总结了利用ANSYS进行直齿轮接触应力分析的优势和局限性，并对未来的研究方向进行了展望。

本文旨在为齿轮设计师和工程师提供一种有效的直齿轮接触应力分析方法，帮助他们更好地理解直齿轮的应力分布特性，优化齿轮设计，提高齿轮的工作性能和可靠性。

本文也为相关领域的学者和研究人员提供了一种有益的参考和借鉴。

二、直齿轮接触应力的理论基础在直齿轮传动过程中，接触应力是决定齿轮使用寿命和性能的关键因素之一。

因此，对其进行准确的接触应力分析至关重要。

接触应力的分析主要基于弹性力学、材料力学和摩擦学的基本理论。

弹性力学是研究弹性体在外力作用下变形和应力分布规律的学科。

在直齿轮接触问题中，通常假设齿轮材料为线性弹性材料，满足胡克定律。

齿轮在啮合过程中，由于接触力的作用，齿面会产生弹性变形，进而产生接触应力。

材料力学是研究材料在受力作用下的应力、应变和强度等性能表现的学科。

对于直齿轮，材料的选择对齿轮的接触应力分布和承载能力有重要影响。

通常，齿轮材料需要具备较高的弹性模量、屈服强度和疲劳强度等。

基于ANSYS WORKBENCH 的齿轮接触应力分析蓝娆1 杨良勇 2 罗昌贤3(1柳州市采埃孚机械有限公司 广西柳州5450072四川工程职业技术学院 四川 德阳 6180003广西柳工机械股份有限公司 广西柳州545007) 摘要：在理论分析的基础上，建立齿轮接触对的有限元模型，在有限元分析软件ANSYS Workbench 建立接触对，添加约束和加载，得到齿轮接触应力大小，齿轮应力集中主要发生在齿根圆角处，和理论计算分析对比。

得出相关结论为以后齿轮接触的有限元分析提供了依据。

关键词：齿轮接触对；ANSYS Workbench ；接触应力；有限元分析0引言齿轮是传动系统中承受载荷和传动动力的主要零部件，也是最容易出故障的零件之一。

据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的6 0 ％以上，其齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一。

因此，工程中需要发大量工作对齿面强度及其应力进行分析。

ANSYS Workbench 是用 A NS YS 求解实际问题的新一代产品，它是专门从事于模型分析的有限元软件，拥有与CAD 的无缝接口、新一代的参数化建模工具，其强大的分析功能可以很准确地反映实际物体的状态。

可进行静力学分析、动力学分析、非线性分析等。

本文从柳州市采埃孚机械有限公司实际问题出发，建立齿轮接触对的三维有限元模型，在有限元分析软件ANSYS Workbench 计算得到齿轮接触对的接触应力，与传统理论计算公式得出比较，为齿轮的快速设计和进一步的优化设计提供条件。

1齿轮参数化建模齿轮的设计，加工，生产是一个复杂、严格的过程 ，如果能够实现齿轮在设计上的参数化建模，那么就避免了齿轮的反复设计，每次只要改变参数就能得到自己想要的齿轮，这将为齿轮的生产带来极大的方便。

利用CAD 软件UG ，其与ANSYS Workbench 可以实现无缝连接，其参数化建模功能和有限元分析模块可以在同一平台完成，避免了从CAD 软件到CAE 软件的转换，提高了设计效率，同时又有利于设计数据的统一管理。

ANSYS齿轮接触应力分析案例案例描述：假设我们有一对啮合的轮齿，其中一只轮齿为主动轮齿，另一只轮齿为从动轮齿。

主动轮齿的齿数为20，模数为2，齿宽为10mm，从动轮齿的齿数为40，模数为2，齿宽为20mm。

齿轮的材料为钢材，应用于汽车传动系统。

分析步骤：1.建立齿轮的几何模型：在ANSYS中，可以通过创建参数化几何体来准确描述齿轮的几何形状。

根据给定的参数，创建一对齿轮的三维模型。

2.网格划分：对齿轮的几何模型进行网格划分，将其离散化为许多小的单元。

ANSYS提供了多种网格划分工具和方法，可以选择适合问题的方法进行网格划分。

3.定义材料属性：为齿轮指定材料属性，包括杨氏模量、泊松比和屈服强度等。

根据齿轮的材料属性进行模拟的时候，可以更准确地预测齿轮的应力分布。

4.定义边界条件：为了模拟齿轮的实际工作状态，需要定义边界条件。

例如，可以将主动轮齿固定在一个端点，并施加适当大小的转矩作用在从动轮齿上。

5.施加加载：在模拟中，需要施加一定大小的加载来模拟实际工况。

在这个案例中，可以施加适当大小的转矩来模拟传动系统的工作。

6.运行分析：完成所有模型参数的定义和加载的设置后，可以使用ANSYS的求解器来进行数值分析。

求解器将根据所定义的模型参数和加载条件，计算出齿轮接触应力的分布情况。

7.结果分析与优化：分析完成后，可以通过分析结果来评估齿轮的性能。

可以使用ANSYS的后处理工具来可视化接触应力的分布情况。

对于不满足要求的部分，可以进行优化设计。

通过以上步骤，可以建立一个对齿轮进行接触应力分析的模型，并通过ANSYS进行数值模拟和分析。

这样可以更好地了解齿轮在工作条件下的应力分布情况，并提供优化设计的参考。