下载文档原格式
基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析及改进方法王亮;王展旭;杨眉
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】通过三维机械设计软件SolidWorks构建直齿圆柱齿轮实体模型,运用有限元分析软件ANSYS对齿根进行应力分析计算,得出齿根弯曲应力分布云图,通过与理论分析结果的比较,说明ANSYS在齿轮计算中的有效性.最后针对应力分布云图,对齿轮结构提出了改进方案,为齿轮的优化设计提供了可靠的理论依据.
【总页数】3页(P66-68)
【作者】王亮;王展旭;杨眉
【作者单位】青岛科技大学机电工程学院,青岛,266061;青岛科技大学机电工程学院,青岛,266061;青岛科技大学机电工程学院,青岛,266061
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7;TH114
【相关文献】
1.基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮齿根应力的有限元分析 [J], 陈赛克
2.基于 Ansys Workbench 渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析 [J], 李静;崔俊杰
3.基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析 [J], 张毅;高创宽
4.基于Pro/E和ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析 [J], 牛晓武
5.渐开线直齿圆柱齿轮传动有限元分析及仿真 [J], 王胜曼
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
直齿圆柱齿轮振动有限元模态分析*蔡艳涛1,乔长帅2,康晓晨2(1.武汉理工大学,湖北武汉 430000;2.南东株洲电机有限公司,湖南株州 412000)摘 要:简要介绍了模态分析的基本原理,应用Pro /E 三维软件建立了直齿圆柱齿轮实体模型;详细介绍了基于有限元分析软件ANSYS 进行齿轮模态分析的过程,包括单元类型选择㊁材料属性定义㊁网格划分㊁施加约束㊁模态设置等;重点分析了齿数㊁模数㊁齿宽这三个参数对齿轮模态的影响,特别是对各阶固有频率的影响㊂关键词:齿轮;模态分析;有限元法;固有频率中图分类号:TH133,TB122 文献标志码:A 文章编号:1007-4414(2014)04-0004-03Modal Analysis of Straight Tooth Cylindrical Gear Based on Finite ElementCAI Yan-tao 1,QIAO Chang-shuai 2,KANG Xiao-chen 2(1.Wuhan University of Technology ,Wuhan Hubei 430000,China ;2.CSR Zhuzhou Electric Co.,Ltd ,Zhuzhou Hunan 412000,China )Abstract :The basic principle of modal analysis is briefly introduced ,the straight tooth cylindrical gear solid model is estab-lished by using 3D Pro /E software ,the process of gear modal analysis is described based on finite element analysis software ANSYS in detail which including the unit type selection ,definition of material properties ,meshing ,constraint ,mode settings.And the influence of the number of teeth ,modulus ,tooth width is analyzed on gear mode ,especially the influence on the nat-ural frequencies.Key words :gear ;modal analysis ;finite element method ;natural frequency0 引 言模态分析主要用于确定结构或机器部件的振动特性,同时也是其它动力学分析的基础,如谱分析㊁瞬态动力学分析及谐响应分析等㊂模态分析主要包括建立模型㊁加载求解㊁扩展模态和观察结果4个步骤,其中模态选取方法有Block Lanczos 法㊁Subpace 法㊁Reduced(House-holder)法㊁PowerDynamic 法㊁Damped 法和Unsymmetric 法,其中,前4种在大多数模态分析中采用,而后2种方法只有在特殊情况下才会使用㊂齿轮传动系统主要由齿轮副㊁传动轴等组成的传动系统和轴承㊁箱体等组成的结构系统所组成,是一个复杂的弹性机械系统㊂作为机械中最常用的传动形式之一,齿轮传动广泛应用于机械㊁电子㊁纺织㊁冶金㊁采矿㊁汽车㊁航空及船舶等领域㊂齿轮传动由于其结构紧凑㊁效率高㊁寿命长以及恒功率传动的特点,具有其它传动不可替代的优势[1-2]㊂随着科学技术的高速发展,齿轮系统正朝着高速㊁重载㊁轻型㊁高精度和自动化方向发展,这就对其动态性能提出了更高的要求㊂齿轮的振动模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术,通过它可以求解自然频率㊁振型和振型参与系数(即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动)㊂模态分析是所有动力分析的基础,在工程实践中具有重要作用[3-4]㊂笔者运用有限元法分析了齿轮的固有振动特性,通过有限元分析软件ANSYS 分析了齿轮的各阶模态,得到了其低阶固有频率和对应主振型,其分析方法和所得结果可为直齿圆柱齿轮的动态设计提供参考,同时也为齿轮系统的故障诊断提供了一种方法[5-6]㊂1 齿轮的模态分析1.1 齿轮三维模型的建立应用三维绘图软件Pro /E 建立的齿轮模型如图1所示㊂图1 1/4齿轮三维模型㊃4㊃研究与分析2014年第4期(第27卷,总第132期)㊃机械研究与应用㊃*收稿日期:2014-06-10基金项目:国家自然科学基金(编号:51005041),中央高校基本科研业务费(编号:N110403006),教育部新世纪优秀人才支持计划(编号:NCET-12-0105)作者简介:蔡艳涛(1990-),男,河南许昌人,在读硕士,研究方向:汽车零部件㊂为了节省计算时间和减少计算量,只取其中的1/4进行分析㊂由于笔者主要研究齿轮的齿宽B ,齿数Z 和模数M 对固有频率和固有振型的影响,故使用三组齿轮进行分析,如表1所列㊂表1 齿轮参数表组别齿数Z 模数M 齿宽B 12022.5315220242821532021520251.2 ANSYS 模态分析1.2.1 前处理前处理主要包括单元选择,材料模型选择,网格划分,约束以及模态设置五部分㊂(1)单元选择选择高阶3维20个节点六面体固体结构单元SOLID186,它具有二次位移模式,可以更好的模拟不规则的结构㊂其几何模型如图2所示㊂图2 SOLID186几何模型(2)材料模型在模态分析中,必须指定材料的弹性模量E x,泊松比u 和密度DENS,材料的非线性特性将被忽略㊂所选齿轮的材料为20Gr 钢,其常温下的属性如表2㊂表2 20Gr 机械性能属性值弹性模量(MPa)泊松比密度(g /cm 3)2.07e50.2547.83(3)网格划分采用扫略分网的形式划分六面体网格,如图3所示㊂由于计算机信息处理能力的局限,所划分的网格较粗㊂笔者主要研究的是参数对于固有频率和振型的影响,属于定性分析,因此网格的粗细影响不大㊂图3 齿轮单元(4)约束限制齿轮的左右端面和底面,分析时对此作全约束处理㊂(5)模态设置选择Modal 分析类型,以Subspace 为模态提取方法,模态提取数目为10[7]㊂1.2.2 ANSYS 分析结果(1)第一组齿轮主要研究模数对于固有频率和固有振型的影响㊂在保持齿轮齿数和齿宽不变的情况下,分别讨论模数为2,2.5,3的情况下齿轮前十阶的频率,如图4㊂由图4可知,随着齿轮模数的增加,固有频率下降㊂图4 模数对固有频率的影响(2)第二组齿轮主要研究齿数对于固有频率和固有振型的影响㊂保持齿轮的模数和齿宽不变,分别令齿数为20,24和28三种情况㊂同样只研究前十阶的频率,如图5㊂图5 齿数对固有频率的影响由图5可知,随着齿轮齿数的增加,固有频率同㊃5㊃㊃机械研究与应用㊃2014年第4期(第27卷,总第132期) 研究与分析样下降㊂但是从下降的幅度来看,齿数对于固有频率的影响没有模数的大㊂特别对于3~6阶频率的影响,齿数的影响基本可忽略㊂随着阶数的增大,齿数对于固有频率的影响也逐渐增大㊂ (3)第三组齿轮主要研究齿宽对于固有频率和固有振型的影响㊂保持齿轮齿数和模数不变,齿宽分别为15,20,25㊂同样只研究前10阶的频率,如图6所示㊂图6 齿宽对固有频率的影响由图6可知,齿宽对于固有频率的影响存在阶段性的变化㊂在6阶频率以下时,随着齿宽的增加,固有频率增大㊂超过大约第6阶频率之后,随着齿宽的增加,固有频率下降,且下降幅度逐渐增大㊂由于表征振型的云图较多,在此节只选作为对照齿轮(即z =20,m =2,b =15)振型的10个云图,如图7所示㊂通过ANSYS 动画即可判断每个云图所代表的振型㊂2 结 论利用有限元分析软件ANSYS 的模态分析,分别讨论了齿轮的主要参数齿数,模数和齿宽对于齿轮固有频率和固有振型的影响㊂通过分析结果可知,模数对于齿轮固有频率的影响较齿数明显,至于齿宽的影响具体如何还不确定,需要进一步讨论才能得出具体的结论,在某一个条件下,它的影响很大,在某一个条件下影响很小,需要继续讨论㊂图7 位移云图参考文献:[1] 闻邦椿,刘凤翘.振动机械的理论及应用[M].北京:机械工业出版社,1982.[2] 闻邦椿,刘树英.振动机械的理论与动态设计方法[M].北京:机械工业出版社,2001.[3] 闻邦椿,李以农,韩清凯.非线性振动理论中的解析方法及工程应用[M].沈阳:东北大学出版社,2000.[4] 唐委校,黄永强,陈树勋.机械振动理论[M].北京:机械工业出版社,2000.[5] 叶友东.基于ANSYS 的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析[J].煤矿机械,2004(6):37-43.[6] 叶友东,周哲波.基于ANSYS 直齿圆柱齿轮有限元模态分析[J].机械传动,2006(5):63-65.[7] 徐金明,张孟喜,丁 涛.Matlab 使用教程[M].北京:交通大学出版社,2005.(上接第3页)[6] Lei Han,Jue Zhong,Gongzhi Gao.Effect of Tightening Torque onTransducer Dynamics and Bond Strength in Wire Bonding[J].Sen-sors and Actuators A,2008(141):695-702.[7] 凤飞龙,沈建中,邓京军.用二维等效电路模型研究大截面圆柱变幅杆的振动[J].声学技术,2007,26(1):149-152.[8] Michael Mcbreaty,Lee H.Kim,Nihat M,et al.Analysis of Impe-dace Loading in Ultrasonic Transducer System[J].Ultrasonic Sym-posium,1997:497-504.[9] 赵 波,范平清.盘式制动器的制动效能和接触应力分析[J].机械设计与制造,2011(9):134-136.[10] 湛利华.界面接触热阻实验与建模及其在快凝铸轧参数设计中的应用[D].长沙:中南大学,2001.㊃6㊃研究与分析 2014年第4期(第27卷,总第132期)㊃机械研究与应用㊃。
基于ANSYS的减速器斜齿_直齿圆柱齿轮的模态分析_陈淑玲减速器是一种常见的传动装置，用于调节旋转速度和输出扭矩。
其中，斜齿和直齿圆柱齿轮是减速器中常见的传动元件。
为了提高减速器的可靠性和使用寿命，对其进行模态分析十分重要。
本文将基于ANSYS软件，对减速器中的斜齿和直齿圆柱齿轮进行模态分析，以评估其振动特性和在工作过程中的可靠性。
模态分析是结构动力学的一种分析方法，通过计算和分析结构体系的固有振动频率和模态形式，可以了解结构的振动特性、动力响应以及自由振动和迫振动下的振动形态等信息。
首先，我们需要准备减速器的结构模型。
利用CAD软件绘制减速器的斜齿和直齿圆柱齿轮的三维模型，并保存为.STEP或者.IGES等与ANSYS兼容的格式。
接下来，打开ANSYS软件，通过“Geometry”模块导入保存的减速器模型。
然后，根据需要设置几何尺寸、材料属性和约束条件等。
在完成几何和材料属性的设置后，选择“Modal”模块进行模态分析。
首先，选择减速器结构模型，并设置模态分析的参数，包括求解器类型、分析类型（自由振动或迫振动）、模态数目等。
在求解过程中，ANSYS会自动计算减速器的固有频率和振动模态形式。
通过分析得到的模态结果，可以了解减速器在不同频率下的振动形态和相应的振动模态。
最后，根据模态分析结果，可以评估减速器的振动特性，包括主频率、模态形式、振动幅值等。
如果存在与工作频率相接近的主频率，可能会导致共振现象，从而影响减速器的正常工作。
在设计和使用减速器时，需要根据模态分析结果合理地选择材料和结构参数，以提高减速器的可靠性和使用寿命。
综上所述，基于ANSYS的减速器斜齿和直齿圆柱齿轮的模态分析是评估减速器振动特性和可靠性的重要方法。
通过模态分析，可以了解减速器在不同频率下的振动形态和相应的振动模态，并根据分析结果合理地选择材料和结构参数，以提高减速器的可靠性和使用寿命。
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。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是常用的动力传动装置，广泛应用于机械设备中。
在设计齿轮传动系统时，静力学分析和模态分析是非常重要的步骤。
本文将重点介绍基于ANSYS软件进行齿轮静力学分析和模态分析的方法和步骤。
1.齿轮静力学分析齿轮静力学分析旨在分析齿轮传动系统在静态负载下的应力和变形情况。
以下是基于ANSYS进行齿轮静力学分析的步骤：步骤1：几何建模使用ANSYS中的几何建模工具创建齿轮的三维模型。
确保模型准确地包含所有齿轮的几何特征。
步骤2：材料定义使用ANSYS的材料库定义齿轮材料的力学性质，例如弹性模量、泊松比和密度等。
步骤3：加载条件定义定义加载条件，包括对齿轮的力或力矩、支撑条件等。
加载条件应符合实际使用情况。
步骤4：网格划分使用ANSYS的网格划分工具对齿轮模型进行网格划分。
确保网格划分足够细致以捕捉齿轮的几何特征。
步骤5：模型求解使用ANSYS中的有限元分析功能对齿轮模型进行求解，得到齿轮在加载条件下的应力和变形分布情况。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，评估齿轮的强度和刚度。
如果发现应力或变形过大的区域，需要进行相应的结构优化。
2.齿轮模态分析齿轮模态分析用于确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
以下是基于ANSYS进行齿轮模态分析的步骤：步骤1：几何建模同齿轮静力学分析中的步骤1步骤2：材料定义同齿轮静力学分析中的步骤2步骤3：加载条件定义齿轮模态分析中，加载条件通常为空载条件。
即不施加任何外力或力矩。
步骤4：网格划分同齿轮静力学分析中的步骤4步骤5：模型求解使用ANSYS中的模态分析功能对齿轮模型进行求解，得到其固有频率和模态形态。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
根据结果可以评估齿轮传动系统的动力特性和工作稳定性。
综上所述，基于ANSYS进行齿轮静力学分析和模态分析可以有效地评估齿轮传动系统的强度、刚度和动力特性。
这些分析结果对于优化齿轮设计和确保齿轮传动系统的正常工作非常重要。
机电技术 2013年6月48基于Ansys Workbench 渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析李 静 崔俊杰(中北大学机电工程学院，山西太原 030051)摘要：通过Pro/e软件进行参数化建模，运用Ansys Workbench软件对直齿圆柱齿轮进行分析计算，得到齿轮的应力分布图及变形图，并且根据所得结果分析提出改进措施。
关键词：参数化；直齿圆柱齿轮；Ansys Workbench；应力中图分类号：TH132. 41 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2013)03-048-02齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等优点而被广泛用于航天、船舶、汽车、机器人技术等领域。
齿轮传动中齿轮轮齿通常会发生轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀等失效形式，这些失效导致传动性能减低甚至没有传动性能，从而引起重大事故，甚至造成生命危险。
对于不同类型的齿轮其载荷受力点不同，如：1) 高精度齿轮在受载时，齿根所受弯矩最大，齿根所受最大弯矩发生在轮齿啮合点处于单对齿啮合最高点；2) 中等精度齿轮，由于制造误差，实际上齿顶处啮合的轮齿分担大部分载荷，为了计算方便，通常认为全部载荷作用在齿顶，这样计算出来的齿根弯曲强度会比实际的富裕，能够充足的保证齿根弯曲强度。
参数化设计可以大大提高建立模型的速度，在产品的系列设计、相似设计中使原本复杂繁重的设计工作变得简单快速，大大减少了设计人员的工作量。
本文以典型的渐开线直齿圆柱齿轮为分析对象，通过Pro/e进行参数化建模，运用Ansys Workbench进行分析计算，为类似齿轮的改进设计提供参考。
1 三维模型的建立及参数化过程Pro/e软件是PTC公司研发的三维软件，最早引用了参数化设计理念，在目前的三维造型软件领域占有着重要地位。
运用Pro/e软件，进行齿轮参数化设计，具体设计步骤如下(以直齿圆柱齿轮为例)：1) 设置齿轮的基本参数。
打开“工具”→“关系”命令，在对话框中选择“局部参数”，设置齿根高、齿顶高、齿根圆直径、齿顶圆直径等参数值；2) 添加关系式。
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。
