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研究基于ANSYS分析的齿轮设计发布时间：2023-02-01T01:04:06.877Z 来源：《科学与技术》2022年第16期8月作者：刘万俊[导读] 齿轮传动属于机械传动当中核心零件，被广泛应用至机械传动和机械领域当中。
齿轮设计，其主要是针对失效形式实施抗失效计算分析及校核处理。
刘万俊日本电产三协电子（东莞）有限公司广东东莞 523000[摘要]齿轮传动属于机械传动当中核心零件，被广泛应用至机械传动和机械领域当中。
齿轮设计，其主要是针对失效形式实施抗失效计算分析及校核处理。
以ANSYS分析作为辅助性设计手段，能够确保更为高效地完成齿轮设计相关工作。
故本文主要探讨以ANSYS分析为基础实施齿轮设计，仅供业内参考。
[关键词]齿轮设计；ANSYS；有限元；系统软件；前言：齿轮设计实践中，ANSYS分析属于现阶段所广泛应用的一种辅助性设计软件，可帮助设计者们高效完成齿轮设计任务。
因而，以ANSYS分析为基础下齿轮设计开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。
1、简述ANSYSANSYS，它是美国的ANSYS公司所研制通用型大型有限元的分析软件，可以和计算机多数的辅助设计软件接口之间，实现数据共享及交换[1]。
2、以ANSYS分析为基础实施齿轮设计2.1工况为更好地以ANSYS分析为基础对齿轮设计开展实践分析，此次选定带式输送机的传动装置作为二级齿轮减速装置，并以高速级的齿轮设计作为研究对象，对以ANSYS分析为基础下齿轮设计进行详细分析。
输入功率为P＝10k W，所输入转速为n1＝960 r/min，高速级的齿数比为u＝3.2，呈斜齿圆柱形齿轮传动，精度为7级。
大齿轮为45钢材料，对其实施调质处理，整个齿面硬度为240 HBS；小齿轮为40Cr材料，对其实施调质处理，整个齿面硬度为280 HBS。
借助常规方法设定高速级的齿轮参数，即Z1及Z2分别是31mm、99mm；mn为2mm；中心距为134mm；齿宽B1及B2分别是70mm、65mm；螺旋β为14°02′5″。
题目：基于ANSYS渐开线直齿轮的自由状态和有预紧力的模态分析第一章引言1.1 简介齿轮传动是现代机械中最常见的一种传动机构，广泛应用于各种减速器、机床传动装置及车辆的变速箱等。
由于其形状比较复杂，用传统的计算方法很难确定其真实的应力及变形分布规律，因此从弹性力学理论出发，借助于现有的一些有限元软件，用现代设计方法研究齿轮的受载变形情况及应力应变，具有很好的应用前景。
由于研究过程中，建模、计算、分析都是在计算机上进行的，因而快捷有效，能对齿轮系统更好的做到优化设计，从而大大降低了后期物理样机试验的失败率，它可以提高整个齿轮结构的设计水平。
现基于有限元软件ANSYS，对渐开线圆柱齿轮进行了有限元分析，算出轮齿上各处应力及应变的变化情况，确定了其危险部位，为齿轮的改进设计提供了一种可靠的方法。
ANSYS软件含有多种有限元分析能力,包括从简单线性静态分析、复杂的非线性分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析等.一个典型的ANSYS分析过程可分为以下3个步骤:创建有限元模型(输入/建立几何模型、定义材料属性、划分网格、建立单元特征)、施加载荷进行求解和结果后处理等.1.2 模态分析任何物体都有自身的固有频率,也称特征频率,用系统方程描述后就是矩阵的特征值.很多工程问题都要涉及系统特征频率问题,以防止共振、自激振荡之类的事故发生.模态分析的目的是想办法提高结构的特征频率,现在的手段就是改变、优化设计尺寸和设法减小结构的质量.如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应.模态分析的最终目标在是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据.模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
基于ANSYSWorkbench等基圆锥齿轮静力学分析何昕;曹雪梅;翟保尊;杨博会【摘要】使用有限元前处理软件HyperMesh对锥齿轮进行网格划分;通过ANSYSWorkbench有限元软件对齿轮进行静力学分析,得到了在载荷作用之下齿轮副啮合时的静态力学特性,以及齿轮副啮合过程中的齿面接触应力分布以及改变情况.通过进行齿轮副虚拟滚检对齿轮的接触效果进行分析得到齿轮副的接触情况,与静力学分析得到的齿面接触应力分布图区域基本一致,进一步验证了静力学分析的正确性.%Gear's grids are divided by using finite element pre-processing software Hypermesh,and ANSYSWorkbench is applied to analyze gear's meshing static contact mechanical features.Based on the tooth flank static contact mechanical analysis,we worked out cone gear's stress change and stress deformation finally.The contact performance of gear is analyzed by invented rolling test,which is consistent with flank static contact mechanical analysis,it's further verified the correctness of the static analysis.【期刊名称】《河北工程大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(035)001【总页数】4页(P99-102)【关键词】等基圆锥齿轮;网格划分;静力学分析;虚拟滚检【作者】何昕;曹雪梅;翟保尊;杨博会【作者单位】河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;黄河水利职业技术学院机械工程学院,河南开封475000;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;黄河水利职业技术学院机械工程学院,河南开封475000;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH132.4锥齿轮在航天航空、海洋轮船等大型机械中应用广泛，在加工锥齿轮的时候会受到技术水平的约束，所以以往使用指状铣刀仿形法来加工生产锥齿轮[1]。
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。
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。
• 54 •内燃机与配件基于ANSYS的齿轮运动学和静力学仿真分析黄如周淤;张伟雄于(①珠海格力精密模具有限公司，珠海519070;②清远职业技术学院，清远511510)摘要：为了解决在注塑模的螺纹抽芯机构中齿轮的选用问题，详细阐述了利用A N SYS有限元分析软件对齿轮传动作运动学和 静力学仿真分析，使得能够合理选用液压马达及优化齿轮的结构设计，从而提高齿轮的使用寿命。
关键词院齿轮;ANSYS;仿真；螺纹抽芯机构；注塑模0引言在注塑模的抽芯机构中常用齿轮传动结构进行抽芯，然而齿轮由于几何形状、载荷工况及材料力学性能的原因常常会发生失效。
一般来说，齿轮的失效通常都集中在轮齿部分，主要的失效形式有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形等五种。
圆柱齿轮主要有两种失效形式，即接触疲劳失效和弯曲疲劳失效。
弯曲疲劳主要发生在齿根部，这是因为齿轮在载荷作用下，其根部所产生的弯曲应力最大，且在齿根过渡圆角处有应力集中[|]。
同时，齿轮在转动过程中使轮齿重复受载，在交变应力反 复作用下，齿根处将产生疲劳裂纹，裂纹扩张导致轮齿弯 曲疲劳折断[2]。
本文将以带有螺纹的塑料产品作为注塑模中抽芯结 构的分析依据，并运用ANSYS有限元分析软件通过对齿 轮静力学和运动学仿真分析[3]，可得到抽芯齿轮机构中主 动轮上的转矩大小，为液压马达的选择作出数据支撑。
通 过静力学仿真分析，计算出齿面的接触应力和齿根的弯曲 应力，从而可通过材料和结构的优化减小齿面接触应力和 齿根弯曲应力。
1分析过程1.1包紧力计算根据注塑模具中关于抽芯机构的原理，要将产品的螺 纹部分从模具型芯中旋转脱出，则必须先考虑产品的包紧 力，因此要先对其包紧力进行计算。
此处采用经验公式来 计算该产品的抱紧力[4]，同时考虑到该产品的复杂程度，将 模型进行简化分成五个部分，分别如图1所示。
材料属 性如表1所示。
1.1.1第一段径向包紧力第一段可以视为圆筒环，其尺寸为：H=8.5mm;t= 3.5mm;R1=32.65mm;R2=36.15mm。
本科毕业设计论文题目：基于ansys的齿轮应力有限元分析毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：摘要本文主要分析了在ansys中齿轮参数化建模的过程。
通过修改参数文件中的齿轮相关参数，利用APDL语言在ANSYＳ软件中自动建立齿轮的渐开线。
再利用图形界面操作模式，通过一系列的镜像、旋转等命令，生成两个相互啮合的大小齿轮。
运用有限元分析软件ANSYS对齿轮齿根应力和齿轮接触应力进行分析计算,得出两个大小齿轮的接触应力分布云图。
通过与理论分析结果的比较,验证了ANSYS在齿轮计算中的有效性和准确性。
关键词:ANSYS,APDL，有限元分析,渐开线，接触应力。
Modeling and Finite Element Analysis of InvoluteSpur Gear Based on ANSYSAbstractWe have mainly analyzed spur gear parametrization modelling process in the ansys software. using the APDL language through revises the gear related parameter in the parameter document,we establishes gear's involute automatically in the ANSYS software.Then, using the graphical interface operator schema, through a series of orders ,mirror images, revolving and so on, we produce the big and small gear which two mesh mutually. Carring on the stress analysis of the gear by using the finite element analysis software-- ANSYS, we obtain two big and small gear's contact stress distribution cloud charts. through with the theoretical analysis result's comparison,we explain ANSYS in the gear computation validity and the accuracy.Keywords: ANSYS; APDL;finite element analysis;involute line;contact stress目录1绪论 (8)2齿轮仿真分析方法 (9)3齿轮实体模型的建立方法 (9)3.1直齿轮建模要求描述 (10)3.2渐开线的生成原理 (10)3.3创建渐开线曲线 (11)3.4齿根过渡曲线生成原理 (12)3.5创建齿廓特征 (13)4齿轮接触应力分析 (16)4.1模型网格划分 (16)4.2创建接触对 (17)4.3施加边界条件和载荷 (18)4.4求解 (19)4.5计算结果分析 (20)4.5．1仿真计算分析 (20)4.5.2理论分析 (20)5齿根弯曲应力分析 (21)5.1建立齿轮模型 (21)5.2划分网格 (21)5.3施加载荷和约束 (21)5.4求解 (21)5.5仿真分析与理论结果对比 (22)6结论 (23)参考文献 (24)附录 (25)[1]大齿轮渐开线生成的命令流 (25)[2]大小齿轮的基本参数表 (26)谢辞 (1)1绪论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。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是一种常用的机械传动装置，广泛应用于机械传动系统中。
在设计齿轮时，常常需要进行静力学分析和模态分析，以确保其性能和可靠性。
基于ANSYS软件的齿轮静力学分析和模态分析方法是一种常用的设计方法。
首先，进行齿轮静力学分析需要获取齿轮的几何参数和材料性质。
几何参数包括齿轮的齿数、模数、齿宽等，材料性质包括齿轮的材料弹性模量、泊松比等。
然后，使用ANSYS软件建立齿轮的三维有限元模型，并进行网格划分。
在建立完有限元模型之后，进行齿轮静力学分析。
首先要定义齿轮的边界条件和载荷情况。
边界条件包括固定约束和辅助约束，以模拟实际应用中的固定情况。
载荷情况包括齿轮的输入转矩和速度，以及传递给齿轮的负载。
然后，应用静力学方程，利用ANSYS软件进行静力学计算，得到齿轮的应力和变形分布情况。
通过齿轮静力学分析，可以评估齿轮的传动性能和承载能力。
根据分析结果，可以进行结构优化，以提高齿轮的性能和可靠性。
除了静力学分析，模态分析也是齿轮设计中的重要环节。
模态分析主要用于研究齿轮的固有振动特性。
通过模态分析可以确定齿轮的固有频率和振型，以及可能产生共振的模态。
在模态分析中，需要定义齿轮的材料性质和几何参数，建立三维有限元模型，并进行网格划分。
然后，通过ANSYS软件进行模态分析，得到齿轮的固有频率和振型。
通过模态分析，可以了解齿轮的振动特性和共振情况，以及可能导致振动问题的关键频率。
根据分析结果，可以采取措施来避免共振问题，提高齿轮的振动稳定性。
总的来说，基于ANSYS的齿轮静力学分析和模态分析方法可以帮助工程师了解齿轮的承载性能和振动特性，以指导齿轮的设计和优化。
这些分析结果对于提高齿轮的传动效率和可靠性非常重要。
因此，建议在齿轮设计过程中，尽量采用ANSYS软件进行静力学分析和模态分析，以确保设计的准确性和可靠性。
本科生毕业论文（设计）题目：基于ANSYS的齿轮模态分析I目录第一章绪论 .......................................................................- 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 -II5.5 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 -III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。
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。
