基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告
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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ANSYS的双圆弧齿轮的有限元分析摘要利用双圆弧齿轮的端面齿廓方程构建齿轮的基本齿廓,在Pro/E中建立轮齿单齿模型并通过Pro/E与ANSYS的接口将模型导入ANSYS中进行有限元分析,根据双圆弧齿轮的啮合过程的3个阶段,对轮齿分别施加7组面载荷及跑合后的圆弧齿轮传动啮合时轮齿受载进行计算,其结果为双圆弧齿轮的制造和实际应用提供了参考依据。
关键词双圆弧齿轮;齿廓;Pro/E;ANSYS;有限元分析0 引言齿轮传动是机械传动中应用最广泛的传动机构。
它具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。
随着近代科学技术和工业生产迅速发展,对齿轮传动装置的承载能力提出了更高的要求;双圆弧齿轮的啮合状态较为复杂,多齿多点接触、载荷反复交变[1]。
理论和实验研究证明,作为一种新型齿轮传动,双圆弧齿轮传动具有承载能力高、使用寿命长、体积小、重量轻、传动效率高等特点,所以对它的应用和研究日益受到人们的重视。
本文选取已得到的双圆弧齿轮的一个轮齿作为分析对象,利用双圆弧齿轮的端面齿廓方程构建齿轮的基本齿廓,通过Pro/E和ANSYS连接口,将Pro/E中得到的轮齿模型数据输入ANSYS有限元分析软件,对模型施加6组不同的面载荷及在特殊工况跑合后的齿轮啮合时对轮齿施加载荷,进行了双圆弧轮齿齿根弯曲应力的有限元分析,从而为双圆弧齿轮的制造和实际应用提供了参考依据。
1 齿面基本方程双圆弧齿轮的基本齿廓如图1所示,它是由凸弧、凹弧、凸凹弧的连接弧和齿根圆弧组成。
各段工作圆弧分别由半径和圆心偏心位置决定[2]。
其端面齿廓方程如下。
(1)其中为相对曲率半径;Ø为齿轮转角;α为压力角;β为螺旋角;e为凹齿接触点出槽宽;r为齿轮节圆半径;N为齿廓圆心相对所选坐标轴的偏移量。
2 参数化几何建模双圆弧齿轮的齿廓较为复杂,因此本文根据齿轮的端面齿廓方程并利用Pro/E参数化建模功能进行单个轮齿齿廓的建模。
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。
ANSYS分析齿轮报告引言本报告旨在使用ANSYS软件对齿轮进行分析,并对分析结果进行详细讨论。
齿轮是机械传动中常用的元件,其主要功能是将动力从一个轴传递到另一个轴。
在设计和制造过程中,通过分析齿轮的性能和行为,可以有效提高其可靠性和工作效率。
分析目标本次分析的目标是评估齿轮的强度和变形情况。
通过ANSYS软件的力学分析功能,我们将使用有限元方法来模拟齿轮的工作过程,包括载荷、应力和变形等方面的分析。
模型建立在进行分析前,首先需要建立齿轮的三维模型。
我们选择使用ANSYS提供的建模工具,根据实际参数和几何形状进行建模。
在建模过程中,我们需要确定齿轮的模量、模数、齿数等参数,并考虑到齿轮的几何特征,如齿侧间隙、齿顶高度等。
材料属性齿轮的材料属性对其性能至关重要。
根据实际需求,我们选择了一种合适的材料,并在ANSYS中设置其材料属性。
常见的齿轮材料包括钢、铸铁等,其材料参数如弹性模量、泊松比等需要根据实际情况进行设置。
载荷设定在齿轮的工作过程中,承受的载荷是十分重要的。
在ANSYS中,我们可以通过施加力、扭矩或压力等载荷方式来模拟齿轮的实际工作情况。
合理的载荷设定可以更准确地分析齿轮的受力情况。
分析过程在进行齿轮的分析过程中,主要涉及到强度分析和变形分析两个方面。
强度分析强度分析是齿轮设计中重要的一部分。
在ANSYS中,我们可以使用有限元分析方法来计算齿轮的应力分布和疲劳强度。
通过合理的载荷设定和材料属性设置,可以得到齿轮在工作过程中的最大应力和应力分布情况。
变形分析变形分析是评估齿轮变形情况的重要手段。
在ANSYS中,我们可以通过施加约束和载荷来模拟齿轮的变形行为。
通过分析齿轮的变形情况,可以判断其运动精度和工作可靠性。
分析结果根据ANSYS的分析结果,我们得到了齿轮的应力分布图和变形图。
通过对结果的分析,我们可以得出以下结论:1.齿轮的应力集中区域主要集中在齿根和齿顶部分,这可能导致齿轮在高载荷下的疲劳破坏。
基于ANSYS的齿轮仿真分析齿轮是一种常见的机械传动元件,广泛应用于工业生产中的各种机械设备中。
齿轮的工作性能直接影响着整个传动系统的性能和可靠性。
为了确保齿轮的正常工作和延长使用寿命,需要对齿轮进行仿真分析。
本文将介绍基于ANSYS软件的齿轮仿真分析方法和流程。
首先,进行齿轮的几何建模。
使用ANSYS软件中的几何建模工具,根据实际齿轮的参数进行几何建模。
包括齿轮的齿数、模数、齿宽等参数。
建立三维模型后,对齿轮进行网格划分,生成有限元模型。
接下来,进行材料属性的定义。
根据实际齿轮的材料,定义材料属性。
包括弹性模量、泊松比、材料密度等参数。
这些参数将被用于后续的载荷和刚度分析。
然后,进行齿轮的载荷分析。
齿轮在工作过程中受到来自外界的载荷作用,主要包括径向力、切向力和轴向力等。
通过ANSYS中的载荷工具,对齿轮进行载荷加载。
可以根据实际工况设置载荷大小和方向。
进行齿轮的接触分析。
齿轮的接触是齿轮传动中的重要性能指标之一、通过ANSYS中的接触分析工具,可以计算齿轮接触面上的应力分布、接触区域和接触压力等参数。
这些参数对于齿轮的寿命和工作性能有重要影响。
进行齿轮的动力学分析。
齿轮在传动过程中会产生振动和噪声。
通过ANSYS中的动力学分析工具,可以计算齿轮的振动模态、固有频率和振动幅度等参数。
这些参数对于齿轮的运行平稳性和噪声控制有重要意义。
最后,进行疲劳分析。
齿轮在长时间使用过程中,容易出现疲劳破坏。
通过ANSYS中的疲劳分析工具,可以预测齿轮的寿命和疲劳破坏位置。
通过疲劳分析结果,可以调整齿轮的设计参数,提高其工作寿命。
综上所述,基于ANSYS的齿轮仿真分析包括几何建模、材料属性定义、载荷分析、接触分析、动力学分析和疲劳分析等步骤。
通过这些分析,可以评估齿轮的工作性能,指导齿轮的设计和改进。
同时,齿轮仿真分析可以帮助优化整个传动系统的工作性能和可靠性,提高机械设备的制造水平和整体效益。
本科毕业设计论文题目:基于ansys的齿轮应力有限元分析学生:所在院系:机电学院所学专业:机电技术教育导师:完成时间: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 establishesgear'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 gearby 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52齿轮仿真分析方法63齿轮实体模型的建立方法63.1直齿轮建模要求描述73.2渐开线的生成原理73.3创建渐开线曲线73.4齿根过渡曲线生成原理93.5创建齿廓特征104齿轮接触应力分析124.1模型网格划分124.2创建接触对144.3施加边界条件和载荷154.4求解164.5计算结果分析174.5.1仿真计算分析174.5.2理论分析175齿根弯曲应力分析175.1建立齿轮模型175.2划分网格185.3施加载荷和约束185.4求解185.5仿真分析与理论结果对比19 6结论19参考文献21附录22[1]大齿轮渐开线生成的命令流22[2]大小齿轮的基本参数表23辞241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的齿轮应力有限元分析ANSYS是一种常用的有限元分析软件,可用于齿轮等机械零件的应力分析。
齿轮作为传动系统的关键部件,其可靠性和寿命对系统的运行至关重要。
因此,进行齿轮的应力有限元分析可以帮助我们评估其强度和稳定性,并优化设计,提高其性能和寿命。
首先,我们需要建立齿轮模型。
使用ANSYS软件中的几何建模工具,可以通过几何体的建立、相对位置的确定以及齿轮几何参数的输入来创建齿轮模型。
齿轮的几何参数包括齿数、齿宽、齿高、模数等,这些参数可以根据实际设计要求来确定。
接下来,我们需要设置齿轮材料的力学性能参数。
ANSYS软件中有一个材料库,可以选择常见材料的力学性能参数,如弹性模量、泊松比、屈服强度等。
根据实际使用材料的特性,选择合适的材料模型。
然后,我们需要对齿轮模型进行网格划分。
网格划分是有限元分析中非常重要的一步,它将复杂几何形状划分为许多小单元,以便对每个小单元进行分析。
ANSYS软件提供了多种网格划分算法和工具,可以根据需要选择合适的网格划分方案。
完成网格划分后,我们可以设置齿轮的边界条件和加载情况。
边界条件包括支撑条件、固定条件和对称条件等。
加载情况包括外力、扭矩和速度等。
根据实际应用情况,设置合适的边界条件和加载情况。
接下来,我们可以进行齿轮的应力分析。
利用ANSYS软件的求解器,可以对齿轮模型进行有限元分析。
通过求解器的迭代计算,可以得到齿轮模型中各个单元的位移、应力和应变等信息。
最后,我们可以对结果进行后处理。
ANSYS软件提供了丰富的后处理工具,可以对齿轮模型的应力分布、变形情况等进行可视化和分析。
通过分析结果,可以评估齿轮的强度和稳定性,并在需要的情况下进行设计优化。
总之,基于ANSYS的齿轮应力有限元分析是一种有效的方法,可以帮助我们评估齿轮的强度和稳定性,并优化设计。
通过合理的模型建立、准确的材料参数输入、合适的网格划分、准确的边界条件和加载情况设置,可以得到可靠的分析结果,为齿轮的设计和改进提供有力支持。
基于ANSYS的齿轮强度有限元分析引言:齿轮是一种常见的传动装置,广泛应用于机械工程领域。
为了确保齿轮的可靠性和安全性,需要对其进行强度分析。
有限元方法是一种广泛使用的工程分析方法,可以对齿轮的强度进行准确的分析和预测。
本文将介绍基于ANSYS软件的齿轮强度有限元分析。
1.有限元建模:首先,需要进行齿轮的有限元建模。
在ANSYS软件中,可以通过创建几何体来构建齿轮模型。
可以根据实际情况选择建模方法,例如使用曲线来描述齿廓,并通过拉伸、旋转等操作来构建齿轮体。
在建模过程中应注意准确描述齿轮的尺寸、齿廓等关键参数。
2.材料属性定义:在有限元分析中,需要为齿轮定义材料属性。
根据齿轮的材料特性,可以选择合适的材料模型。
对于金属齿轮,通常可以采用线弹性或塑性模型。
在ANSYS软件中,可以通过选择材料属性来定义齿轮的材料模型,并设置相应的材料参数。
3.载荷和边界条件:在齿轮强度分析中,需要为齿轮定义载荷和边界条件。
载荷是齿轮承受的外部力和力矩,可以通过模拟实际工作情况来确定。
边界条件是指限定齿轮模型的边界约束条件,可以固定齿轮的一些部分或进行其他约束设置。
4.网格划分:有限元分析中的网格划分对结果的准确性和计算效率有重要影响。
在齿轮分析中,需要对齿轮模型进行网格划分,将其划分为一系列小单元。
在ANSYS软件中,可以选择不同的网格划分方法和参数,以获得合适的网格质量。
5.材料应力分析:在齿轮分析中,需要分析齿轮的应力分布情况。
通过有限元分析可以得到齿轮在不同位置的应力值,并可以通过结果云图等方式来可视化应力分布。
对于齿轮强度分析来说,重点要分析齿轮齿面、根底、齿轮轴等处的应力情况,以判断其是否满足设计要求。
6.应力分析结果评估:在有限元分析过程中,需要对分析结果进行评估。
可以将得到的应力结果与材料的强度数据进行比较,判断齿轮是否满足强度要求。
如果应力超过了材料极限,说明齿轮存在强度问题,需要进行结构优化和改进。
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。
引言摆线针轮行星传动属于K-H-V 行星齿轮传动,与普通的齿轮传动相比,摆线针轮行星传动具有以下主要特点:传动比范围大,单级传动比为6~119,两级传动比为121~7569,三级传动比可达6585030;结构紧凑、体积小、质量轻。
摆线针轮行星传动采用了行星传动结构和紧凑的输出机构,因而结构紧凑,与相同功率的普通齿轮传动相比,体积和质量均可减少1/2~1/3;运转平稳,噪声低;在摆线针轮行星传动过程中,摆线行星轮与针轮啮合齿数较多,且摆线行星轮与针轮的啮合、输出机构的销轴与行星轮端面的销轴孔及行星轮与偏心套之间的接触都是相对滚动,因而运转平稳、噪声低;传动效率高,除了针轮的针齿销支承部分外,其他部件均为滚动轴承支承,同时针齿套的使用使得针轮与摆线行星轮的啮合由滑动摩擦变为滚动摩擦。
因而,摆线针轮行星齿轮传动机构同一般的减速机构相比有更高的传动效率。
一般单级传动效率为90%~95%。
齿轮轴是传动的薄弱环节,限制了高速轴的转速和传递的功率。
减速器系统强度取决于减速器内部各个零件的强度,它们直接决定了减速器的使用寿命,因而各零件具有合理的强度是十分重要的。
国内外许多专家学者对减速器的强度分析作了深入的研究,常用的方法有解析法、试验法和有限元法。
张迎辉等利用MATLAB 软件分析计算得出行星架的支承刚度和曲轴的弯曲刚度对固有频率的影响明显[1]。
张迎辉等分析了机器人用RV 减速器中支承轴承刚度及曲轴和齿轮之间角度周期性变化的影响,并对轴承刚度的灵敏度进行了分析,提出了避免共振和保持精度的方法[2]。
在风电变桨减速器零部件设计过程中需要考虑零部件的传动可靠性、安装合理性,而齿轮轴作为传动的关键零件,在实际应用中至关重要,该零件也容易造成磨损,所以对其进行强度分析就显得尤为重要。
此外,对于轴这些传递动力的零件应在满足强度要求的前提下,使其尺寸尽量小、寿命尽量长。
1齿轮轴的设计因轴为齿轮轴,材料与行星齿轮的相同,故选用20CrMnTi ,渗碳淬火、回火处理。
基于ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析ANSYS Workbench 对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析随着工业技术的发展,机械传动的要求也越来越高,其中齿轮传动作为一种重要的机械传动方式,其性能要求也更加苛刻。
齿轮传动在使用过程中,由于长时间受到外界力的作用,很容易出现接触疲劳问题,从而影响其正常工作。
因此,如何预测齿轮接触疲劳寿命,对于提高齿轮传动的可靠性,具有重要的意义。
渐开线直齿圆柱齿轮是一种传动效率高、噪音小、负载能力强的齿轮。
为了准确预测其接触疲劳寿命,我们可以使用ANSYS Workbench来进行分析。
首先,在ANSYS Workbench中建立一个3D的渐开线直齿圆柱齿轮模型,确定齿轮的几何参数和材料属性,在模型中加入齿形偏差和存在底隙等实际工作条件,再定义边界条件、力和载荷。
接下来,我们使用ANSYS中的逐步荷载分析方法,模拟齿轮在连续负载中的应力、应变和位移等变化情况。
然后,通过霍尔曼准则计算渐开线直齿圆柱齿轮的接触应力、接触疲劳极限和疲劳指数等参数,进而预测其接触疲劳寿命。
同时,为了保证分析结果的准确性,在分析过程中我们还需要考虑一些影响因素。
例如,在定义材料属性时,需要考虑其疲劳性能和断裂模式。
在模拟载荷和边界条件时,需要确保其与实际工作条件相匹配,并考虑齿轮工作时的动态因素。
最终,通过ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮的接触疲劳寿命进行分析,可以预测出齿轮在不同负载条件下的疲劳寿命,分析出齿轮的疲劳寿命与设计的安全寿命之间的差距,进而优化齿轮的设计方案,提高其可靠性和寿命。
总之,ANSYS Workbench作为一款常用的FEM软件,能够提供准确的齿轮接触疲劳分析,对于提高齿轮传动的性能、可靠性和寿命,具有很大的作用。
对渐开线直齿圆柱齿轮进行接触疲劳寿命分析时,需要收集并分析一些相关数据,以确定齿轮的材料属性、载荷、边界条件等因素。
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。
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告
一、概述
本次大作业主要利用ANSYS软件对齿轮的疲劳进行分析,计算出齿轮的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为齿轮的优化分析提供了充分的理论依据,并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想,对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析
如下图所示为某齿轮三维模型,参考图示形状,自定义尺寸,并建立一对啮合齿,施加50N*M扭矩进行齿轮接触分析,随后进行疲劳分析,分析齿轮寿命,材料为40Cr。
图1 齿轮
三、有限元建模
寿命分析之前需要进行强度分析,在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A,进行静力学分析,双击左侧的static structure即可
图 2 强度分析项目
如图 3所示,40Cr材料的杨氏模量为2.1e11Pa,泊松比为0.3,密度7800kg/m3,两对齿轮的材料一致。
图 3 材料定义
双击Geometry进入几何模型建立模块,进行几何建模。
只需要建立齿轮的端面然后拉伸即可,另一对齿轮采用该齿轮进行对称偏移获取,首先建立齿轮端面草绘,为保证结构对称,只建立一半截面,如下图所示:
拉伸截面,并对称建立整个单齿,如下所示:
同理建立另一齿轮,最终模型如下所示
进入Workbench进行材料设置,其中齿轮分别设置材料为结构钢。
进行网格划分,设置网格尺寸为2mm,最终有限元网格模型如下图所示:
图7 网格设置
图8 网格模型
模拟实际情况,从动齿内圈固定,主动齿施加扭矩,如下图所示
图9 载荷约束
四、有限元计算结果
(1)位移变化,如图12所示,结果最大变形为0.2mm,
图12 位移云图
(2)等效应力计算结果,如图3所示,最大等效应力为467.4MPa
图13 等效应力云图
添加Fatigue tool进行疲劳分析,Fatigue设置如下
寿命云图如下所示,应力最大区域,寿命最小,该齿轮最多可以使用14794次,此后便会发生裂纹破坏。
五、结果正确性分析
通过计算结果来看,理论结果显示与实际情况基本一致,可以初步认定结果正确,所采用的基本假设和力的施加方式等没有出现问题。
六、改进分析
齿轮和齿轮采用绑定接触连接,认为齿轮和齿轮之间无相对滑移,实际情况齿轮啮合有可能存在滑动,而绑定接触不考虑滑动,所以可以将此处的接触改进为摩擦接触进行改进分析。
七、总结及体会
通过本次大作业,我了解了ANSYS软件的界面和基本功能,初步掌握了使用ANSYS软件求解问题基本步骤;初步掌握了使用ANSYS软件求解各种基本结构类型的静力学问题的方法。
通过使用有限元分析法可以变连续结构为离散结构,取代了传统的理论分析。
通过ANSYS软件可以比较精确地反映结构各位置的受力情况,对于复杂模型很难通过理论计算进行校核所有区域的强度,而有限元可以很好的实现这一情况,可以为实际工程设计提供指导帮助。