齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析

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。

齿轮传动齿面接触应力
齿轮传动齿面接触应力是指齿轮在传递动力的过程中，由于齿面之间的相互接触而产生的应力。

接触应力的产生是由于齿面之间的相互挤压和摩擦力，这些力会导致齿面发生变形和磨损。

对于一对啮合的齿轮，接触应力的大小取决于多个因素，包括齿轮的模数、齿数、转速、材料、热处理方式、表面粗糙度等。

当齿面接触应力过大时，会导致齿面疲劳裂纹的产生，进而引起齿面剥落、点蚀等现象，严重影响齿轮的使用寿命。

为了减小齿面接触应力，可以采取以下措施：
1.选用适当的模数和齿数，根据传动要求合理设计齿轮参数。

2.选择合适的材料和热处理方式，提高齿轮的硬度和耐磨性。

3.对齿轮进行合理的加工和装配，减小齿面粗糙度，提高接触精度。

4.对齿轮进行适当的润滑，减小齿面之间的摩擦力。

5.控制齿轮的转速和负载，避免过载和超速运转。

总之，了解齿轮传动齿面接触应力的产生原因和影响因素，采取相应的措施减小接触应力，对于提高齿轮的使用寿命和传动效率具有重要意义。

基于ANSYS 的直齿面齿轮的接触应力分析作者：李亚平来源：《中国科技纵横》2013年第18期【摘要】本文在Ansys软件的接触分析模块基础上，建立了面齿轮三维有限元非线性接触分析模型，对面齿轮齿面的接触状态进行了分析，并进行了承载状况下的接触状态分析。

同时对面齿轮在不同载荷条件下一个啮合周期内的接触情况进行了研究。

对同类产品的分析设计具有指导意义。

【关键词】直齿面齿轮接触分析 ANSYS 承载接触分析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。

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。

《齿轮传动系统动力学特性的有限元分析及试验方法研究》篇一一、引言齿轮传动系统作为机械传动领域中至关重要的部分，其动力学特性直接影响着整个机械系统的性能与寿命。

为了深入探究齿轮传动系统的动力学特性，本文采用有限元分析方法与试验方法相结合的方式进行研究。

二、齿轮传动系统动力学特性的有限元分析1. 模型建立首先，基于实际齿轮传动系统的几何参数、材料属性及工作条件，建立精确的三维有限元模型。

模型中应充分考虑齿轮的模数、压力角、齿形等关键参数，以及齿轮的装配关系和支撑条件。

2. 材料属性与边界条件设定根据实际材料属性，为模型赋予相应的弹性模量、泊松比、密度等物理参数。

同时，设定合理的边界条件，如齿轮的支撑约束、外部载荷等。

3. 网格划分与求解对模型进行合理的网格划分，确保计算精度与效率的平衡。

利用有限元软件进行动力学特性分析，求解齿轮传动过程中的应力分布、变形情况及动态响应等。

三、试验方法研究1. 试验准备根据实际工况，设计合理的试验方案。

准备相应的试验设备，如齿轮箱、驱动装置、测量仪器等。

同时，确保试验环境满足要求，以减小外界干扰对试验结果的影响。

2. 试验过程按照试验方案，进行齿轮传动系统的运行试验。

在试验过程中，记录齿轮的转速、扭矩、温度等关键数据。

同时，利用传感器测量齿轮的振动、噪声等动态特性。

3. 数据处理与分析对试验数据进行处理，提取出有用的信息。

将有限元分析结果与试验结果进行对比，验证有限元分析的准确性。

通过数据分析，得出齿轮传动系统的动力学特性及影响因素。

四、结果与讨论1. 结果展示通过有限元分析与试验，得出齿轮传动系统的应力分布、变形情况、动态响应等动力学特性。

将结果以图表形式展示，便于观察与分析。

2. 结果讨论讨论齿轮传动系统的动力学特性与实际工况的符合程度，分析有限元分析方法的准确性与可靠性。

探讨影响齿轮传动系统动力学特性的因素，如模数、压力角、材料属性、制造精度等。

同时，分析齿轮传动系统的优化方向与改进措施。

Value Engineering0引言齿轮传动可用来传递空间任意两轴间的运动和力，其传动可靠、准确、使用寿命长的特点而被广泛应用于各个领域。

这种广泛性决定着齿轮类零件的设计量是非常巨大的，国家的相关规定已经规定了齿轮的形状和结构及规格尺寸，它的系列化特点是比较明显的，这使齿轮的设计及分析计算的重复性比较明显，所以，齿轮设计中运用到参数化技术，可以有效地减少设计周期，使齿轮传动设计具有更高的质量。

齿轮传动最常见的失效形式有轮齿折断和齿面点蚀。

本文利用Pro/E 对齿轮进行精确参数化建模，在此基础上利用Pro/E 与ANSYS 的无缝连接，将模型导入到ANSYS 中对其进行齿面接触强度和齿根弯曲强度的有限元分析，解决以往齿轮建模过程繁琐和设计参数不合理的问题，提高产品的设计效率和品质。

1齿轮精确的参数化建模Pro/E 软件的主要技术特点是：基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动设计和全数据相关。

它彻底克服了自由建模的无约束状态，因此是比较理想的参数化造型工具。

基于Pro/E 的参数化设计过程如图1所示。

1.1设置参数利用Pro/E 进行齿轮造型时，首先要进行齿轮的初步设计，定制基本参数。

和齿轮主体造型相关的最基本参数有齿数z 、模数m 、压力角α、齿顶高系数ha*和顶隙系数c*。

当需要不同种渐开线齿轮齿廓时，只需要改变齿轮的这些参数，并通过设置数学关系式计算出其它相关数据，比如齿顶圆直径（半径）、齿根圆直径（半径）、分度圆直径（半径）等，然后再生即可，而无需再重新建立模型。

1.2创建基本曲线一个完整的轮齿齿廓最基本的就是要包括以下四部分：齿顶曲线、工作齿廓、齿廓过渡曲线和齿沟曲线。

齿顶曲线包含在齿顶圆中，工作齿廓部分的曲线为一段渐开线，齿廓过渡曲线为一段长幅外摆线。

所以，要想成功建立模型，首先要找好渐开线和过渡曲线。

1.2.1Pro/E 中工作齿廓渐开线根据渐开线基本方程，在Pro/E 中渐开线的直角坐标方程为：r=db/2准=t ·90°s=π·r ·t/2x=r ·cos （准）+s ·sin （准）y=r ·sin （准）-s ·cos （准）z=!########"########$0式中：db 为基圆半径，β为中间变量；t 从0变到1。