收稿日期:2009-09-05;修订日期:2009-09-21作者简介:张玉同(1972-),男,陕西法士特汽车传动集团工程师。斜齿轮三维建模与有限元分析
张玉同,杨小辉
(陕西法士特汽车传动集团,陕西 西安 710077)
摘 要:斜齿轮以传动平稳、传动力矩大、传动噪音小等优点而得到广泛应用。本文以PRO/E310为平台,介绍了斜齿轮的建模过程。通过数据传输,在ANSYS910的平台上对其进行接触应力分析,为产品的设计与分析提供了一种新的思路。关键词:斜齿轮;精确建模;接触应力;分析中图分类号:TH13214 文献标识码:A 文章编号:1001-196X(2009)06-0056-04
Three2dimensionalmodelingandfiniteelementanalysisofhelicalgear
ZHANGYu2tong,YANGXiao2hui(ShaanxiFastAutoDriveGroupCompany,Xiπan,710077,China)
Abstract:Helicalgearsarewidelyusedinmechanicaltransmission(MT)owingtoitssmoothtransmission,largedrivingtorqueandsmalltransmissionnoise.Thispaper,usingPRO/E310asaplatform,introducesthemodelingprocessofthehelicalgear.Throughdatatransmission,thecontactstressofthehelicalgearisana2lyzedwithANSYS910,providinganewwayofthinkingfortheproductdesignandanalysis.Keywords:Helicalgear;accuratemodeling;contactstress;analysis
十字轴三维建模
1.建立直径57高87的圆柱
1）单击圆柱命令，指定矢量（+Z），和起始点（0，-43.5,0）
2）输出直径57，高度87
2. 在已有圆柱体的上下端面，建立直径51,高9圆柱体
3.在上述阶梯轴的上下端面，建立直径45高30的圆柱体，得到如下模型
4.插入-关联复制-实例特征-圆形阵列，选择所有已经建成的特征，确定，按图示设定阵列参数,确定，选择‘点和轴’，选择X轴，确定，得到如下模型
5.倒斜角，4x4
6.倒圆角R25
选择交叉的4条边，输出如图参数 7.单击“孔命令，选择任意两个不平行端面圆的圆心，按图示设定参数后，确定
8.对每个孔倒斜角，1x1，得到最后的十字轴模型
万向节叉三维建模
1.建立地面圆柱体直径165高20
指定点为坐标原点，指定矢量为+Z
2.拉伸耳环主体
1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的YZ平面，进入草绘环境。按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面
2）按如下设置参数后，单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图
3.切除部分实体
1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面
2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图
4. 切除部分实体
1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的XZ平面，进入草绘环境。按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面
2）按如下设置参数（注：布尔运算，选择‘求差’），单击‘确定’，完成耳环主体的拉伸，如图
5.切除棱角
1）选择‘拉伸’，单击截面中的‘绘制曲线’，选择现有平面的耳环端面，进入草绘环境。按照二维图纸绘制拉伸截面，绘制完成后，单击“完成草图”退出草图界面
十字轴万向节建模及有限元分析
建模主要涉及以下几个步骤：
1. 创建十字轴万向节的几何模型。使用CAD软件，如SolidWorks或CATIA，绘制十字轴万向节的细节，包括其轴、连接杆、球头等部分。
2.导入几何模型。将绘制的CAD模型导入有限元分析软件，如ANSYS或ABAQUS。确保准确导入，并调整模型的比例和尺寸。
3.设置材料属性。为十字轴万向节的各部分分配适当的材料属性，如弹性模量、泊松比和密度。这些属性可以从材料手册或实验数据中获取。
4.设定加载条件。根据实际工作条件，为模型设置加载条件，例如施加在轴上的转矩或扭矩。
5.网格划分。将几何模型进行网格划分。网格划分决定了模型的节点和单元数量，将直接影响分析的准确性和计算效率。
6.运行有限元分析。使用有限元分析软件运行模型，计算出十字轴万向节在加载条件下的应力、应变和变形等。
7.分析分析结果。根据分析结果，评估十字轴万向节的性能和可靠性。检查是否存在应力过高或变形过大的情况，并决定是否需要进一步改进设计。
需要注意的是，建模和有限元分析是一种模拟和预测方法，其准确性取决于几个因素，如几何模型的精度、材料属性的准确性和加载条件的真实性。因此，在建模和分析过程中应谨慎选择合适的参数，并在可能的情况下与实际测试结果进行验证。
三维有限元模型
一、引言
三维有限元模型是一种数学计算方法，用于分析和解决复杂的结构问题。它可以将实际结构转化为由许多小单元组成的离散化模型，并通过数学方程求解每个单元的应力、应变等物理量，最终得出整个结构的响应。本文将介绍三维有限元模型的基本原理、建模方法和求解过程。
二、三维有限元模型基本原理
1. 有限元法基本思想
有限元法是一种数值计算方法，它将一个连续的物理问题转化为由许多小单元组成的离散化问题，在每个小单元上建立数学模型，并通过求解代数方程组来得到整个系统的响应。在三维有限元模型中，通常采用四面体或六面体等简单形状的单元进行离散化。
2. 三维有限元模型建立过程
（1）几何建模：根据实际结构进行几何建模，包括确定结构尺寸、形状等。
（2）网格划分：将几何模型划分为许多小单元，并确定每个单元节点坐标。
（3）材料参数：根据实际材料性质确定每个单元的杨氏模量、泊松比等物理参数。
（4）载荷边界条件：根据实际工况确定结构所受载荷和边界条件。
（5）约束边界条件：根据实际结构确定约束边界条件，如支座、铰链等。
（6）求解：将以上信息输入计算机中，通过数学方法求解每个单元的应力、应变等物理量，并得出整个结构的响应。
三、三维有限元模型建模方法
1. 网格划分方法
三维有限元模型的网格划分可以采用手动或自动方式进行。手动划分需要经验丰富的工程师进行，通常用于简单结构；自动划分则是利用计算机软件进行，可以快速生成复杂结构的网格。
2. 材料模型
在三维有限元模型中，通常采用线性弹性模型来描述材料行为。这种模型假设材料是各向同性的，并且满足胡克定律。如果需要考虑非线性效应，则需要采用非线性材料模型。
3. 载荷和边界条件
在三维有限元模型中，载荷和边界条件是建模的重要组成部分。载荷可以是静载荷、动载荷或温度载荷等，边界条件可以是支座、铰链等。
四、三维有限元模型求解过程 1. 单元刚度矩阵
单元刚度矩阵是计算每个单元应力和应变的关键。它由每个单元的杨氏模量、泊松比和几何信息确定。
