ANSYS齿轮接触分析案例(课堂PPT).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,齿轮的接触分析实例分析问题：一对啮合的齿轮在工作时产生接触，分析其接触的位置、面积和接触力的大小。,1,齿轮的接触分析实例,1.,相关系数,齿顶直径：,24,齿底直径：,20,齿数：,10,厚度：,4,密度：,7.8E3,弹性模量：,2.06E11,摩擦系数：,0.1,中心距：,44,2,齿轮的接触分析实例,2.,建立模型,2.1,设定分析作业名和标题,（,1,）从菜单中选择,FileChange Jobname,，打开,“,Change Jobname,”,命令，修改文件名。自定义新的文件名为,“,gearscontact,”,，单击,【OK】,按钮，完成文件名的修改。,3,齿轮的接触分析实例,（,2,）从实用菜单中选择,FileChange Directory,打开“,Change Directory”,命令，可以自定义该文件的目标文件夹，单击,【,确定,】,按钮。,4,齿轮的接触分析实例,（,3,）从实用菜单中选择,FileChange Title,，打开“,Change Title”,命令，可以自定义修改文件标题。新的文件标题为“,contact analysis of two gears”,，为本实例的标题名。,单击,【OK】,按钮确定。,5,齿轮的接触分析实例,(4),从实用菜单中选择,PlotReplot,命令，自定义的标题”,contact analysis of two gears”,将显示在窗口左下角。,（,5,）从主菜单中选择,Preference,命令，在对话框中选择“,Structural”,复选框，单击,【OK】,按钮。,6,齿轮的接触分析实例,2.2,定义单元类型,（,1,）从主菜单中选择,PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,打开“,Element Type”,对话框，单击,【Add】,。,（,2,）在下图的列表框中选择“,Solid”,“4node 182”,单击,【OK】,。,7,齿轮的接触分析实例,(3),在下图的,Element Types,对话框中单击,【Options】,弹出单元选项对话框，对,PLANE182,单元进行设置。设置完成后点击,【OK】,，然后,【Close】,。,8,齿轮的接触分析实例,2.3,定义实常数,（,1,）从主菜单中选择,PreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete,，打开如下图的“实常数”对话框，点击,【Add】,设置实常数单元类型。,9,齿轮的接触分析实例,（,2,）在弹出的对话框中点击,【OK】,，弹出如下对话框，点击,【OK】,，在弹出的对话框中将厚度设置为,4,。设置完毕，点击,【OK】,。,10,齿轮的接触分析实例,设置完毕后，点击,【Close】,关闭实常数对话框。,11,齿轮的接触分析实例,2.4,定义材料属性,（,1,）从主菜单中选择,PreprocessorMaterial PropsMaterial Models,，如下图所示依次双击,StructuralLinearElasticIsotropic,。,12,齿轮的接触分析实例,在弹出的对话框中设置材料的弹性模量,EX=2.06E11,泊松比,PRXY=0.3,。如下图所示。设置完毕后点击,【OK】,，回到材料属性对话框界面。,13,齿轮的接触分析实例,（,2,）依次双击,StructuralDensity,，设置材料密度为,7.8E3,。完毕点击,【OK】,退出。,14,齿轮的接触分析实例,（,3,）依次双击,StructuralFriction Coefficient,，打开材料摩擦系数对话框。如下图，设置摩擦系数为,0.1,。完毕点击,【OK】,，并退出材料属性设置对话框。,15,齿轮的接触分析实例,2.5,建立齿轮面模型,(1),将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical,。,（,2,）定义一个关键点。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS,。,b.,建立关键点,1,。如下图，完毕点击,【OK】,。,16,齿轮的接触分析实例,（,3,）定义一个点作为辅助点。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS,。,b.,建立辅助点,110,。如下图，完毕点击,【OK】,。,17,齿轮的接触分析实例,（,4,）偏移工作平面到给定位置。,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneOffset WP toKeypoints+,。,b.,在,ANSYS,图形窗口选择,110,号辅助点，点击,【OK】,。,（,5,）旋转工作平面,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneOffset WP by Increments,。,b.,在“,XY,YZ,ZX,ZXAngles”,文本框中输入,-50,0,0,点击,【OK】.,18,齿轮的接触分析实例,（,6,）将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：,WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane,。,（,7,）建立第二个关键点。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS,。,b.,建立关键点,2,。如下图，完毕点击,【OK】,。,19,齿轮的接触分析实例,（,8,）将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical,。,（,9,）建立其余的辅助点。,按照与（,3,）同样的步骤建立其余的辅助点，设置编号一次为,120,，,130,，,140,，,150,，,160,，其坐标依次为（,16,，,43,）、（,16,，,46,）、（,16,，,49,）、（,16,，,52,）、（,16,，,55,）。,20,齿轮的接触分析实例,（,10,）按照步骤（,4,），将工作平面平移到第二个辅助点。,（,11,）旋转工作平面。,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneOffset WP by Increments,。,b.,在“,XY,YZ,ZX,ZX Angles”,文本框中输入,3,0,0,点击,【OK】,。,（,12,）将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：,WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane,。,（,13,）建立第三个关键点。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS,。,b.,建立关键点,3,。如下图，完毕点击,【OK】,。,21,齿轮的接触分析实例,（,14,）重复以上步骤，建立其余的辅助点和关键点：按照（,10,）,-,（,13,）步，分别把工作平面平移到编号为,130,，,140,，,150,，,160,的辅助点，然后旋转工作平面，旋转角度均为,3,0,0,，再讲工作平面设为当前坐标系，在工作平面中分别建立编号为,4,，,5,，,6,，,7,的关键点，其坐标依次为（,14.513,，,0,）、（,15.351,，,0,）、（,16.189,，,0,）、（,17.027,，,0,）。建立完毕后的结果如下图所示：,22,齿轮的接触分析实例,（,15,）建立编号为,8,，,9,，,10,的关键点。,a.,将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical,。,23,齿轮的接触分析实例,b.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS,。,c.,建立关键点,8,。,X=24,Y=9.857,。完毕点击,【Apply】,。,d.,建立关键点,9,。,X=24,Y=13,。完毕点击,【Apply】,。,g.,建立关键点,10,。,X=20,Y=-5,。完毕点击,【OK】,。,建立完毕后的结果如右图所示：,24,齿轮的接触分析实例,(,16),在柱面坐标系中创建圆弧线。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateLines,Straight Line+,。,b.,分别选择关键点,10,和,1,，,1,和,2,，,2,和,3,，,3,和,4,，,4,和,5,，,5,和,6,，,6,和,7,，,7,和,8,，,8,和,9,，完毕点击,【OK】,。,（,17),把齿轮边上的线加起来，使其成为一条线。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines,。,b.,在图形窗口选择方才建立的齿轮边上的线，在对话框中点击,【OK】,。,25,齿轮的接触分析实例,c.ANSYS,提示是否删除原来的线，选择,【Delete】,，点击,【OK】,。,（,18,）偏移工作平面到总坐标系的原点：,WorkPlaneOffset WP toGlobal Origin,。,（,19,）将工作平面与总体坐标系对齐：,WorkPlaneAlign WP withGlobal Cartesian,。,26,齿轮的接触分析实例,(20),将工作平面旋转,13,。,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneOffset WP by Increments,。,b.,在“,XY,YZ,ZX Angles”,文本框中输入,13,0,0,点击,【OK】,。,(21),将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：,WorkPlaneChange Actives CS toWorking Plane,。,（,22,）将所有线沿着,X-Z,面进行镜像（在,Y,方向）。,a.,从主菜单中选择,PreprocessorModelingReflectLines,。,b.,在对话框中选,【Pick All】,。,c.,在弹出的对话框选择,X-Z,面，在增量中输入,1000,单击,【OK】,，选择,”,Copied,”,，如下图。镜像结果。,27,齿轮的接触分析实例,28,齿轮的接触分析实例,（,23,）把齿顶上的两条线粘起来。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines,。,b.,选择齿顶上的两条线，点击,【OK】,。,（,24,）,把齿顶上的两条线加起来，成为一条线。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines,。,b.,选择齿顶上的两条线，点击,【OK】,。,(25),在柱坐标系下复制线。,a.,将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical,。,29,齿轮的接触分析实例,b.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCopyLines,。,c.,点击,【Pick All】,。,d.,在弹出的提示框中按下图输入，点击,【OK】,。（,Fit view,）,30,齿轮的接触分析实例,（,26,）把齿底上的所有线粘起来。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines,。,b.,分别选择齿底上的两条线，点击,【OK】,。,（,27,）,把齿顶上的两条线加起来，成为一条线。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansAddLines,。,b.,分别选择齿底上的两条线，点击,【OK】,。,c.,把齿底上的所有线加起来。,(28),把所有线粘起来。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansGlueLines,。,31,齿轮的接触分析实例,b.,点击,【Pick All】,。结果如下图：,32,齿轮的接触分析实例,（,29,）用当前定义的所有线生成一个面。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateAreas,ArbitraryBy Lines,。,b.,选取所有的线，点击,【OK】,，结果如下图：,33,齿轮的接触分析实例,（,30,）创建圆面。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingCreateAreas,CircleSolid Circle,。,b.X=0,Y=0,Radius=8,，点击,【OK】,。,34,齿轮的接触分析实例,（,31,）从齿轮面中减去圆面。,a.,从主菜单选择,PreprocessorModelingOperateBooleansSubtract,Areas,。,b.,选择齿轮面作为布尔减的母体，单击,【Apply】,；选择刚才建立的圆面作为布尔减的对象，单击,【OK】,，如下图所示。,35,齿轮的接触分析实例,(32),在直角坐标系下复制面。,a.,将当前坐标系设置为总直角坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal,Cartesian,。,b.,从主菜单中选择,PreprocessorModelingCopyAreas,。,c.,点击,【Pick All】,，出现如下对话框，在复制数量中填,2,，,DX=44,。如下图所示：,36,齿轮的接触分析实例,复制所得结果如下图所示：,37,齿轮的接触分析实例,（,33,）创建局部坐标系。,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneLocal Coordinate SystemsCreate Local CSAt Specified Loc+,。,b.,在“,Global Cartesian”,文本框中输入,44,0,0,，点击,【OK】,。如右上图所示。,c.,在”,Create Local CS At Specified Location”,中第一行输入,11,，第二行选择“,Cylindrical 1”,，第三行输入,44,，,0,，,0,。点击,【OK】,。如右下图所示。,38,齿轮的接触分析实例,（,34,）将当前坐标系设置为局部坐标系。,a.,从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toSpecified Coord Sys,。,b.,在文本框中输入,11,，如下图，点击,【OK】,。,（,35,）在局部坐标系下复制面。,a.,从主菜单中选择,PreprocessorModelingCopyAreas,。,b.,选择生成的第二个面，点击,【OK】,。,39,齿轮的接触分析实例,c.ANSYS,会提示复制的数量和偏移的坐标。数量为,2,，,Y,偏移量为,-8.9,，点击,【OK】,，如右上图所示：,这样产生了第三个面，如右下图所示：,40,齿轮的接触分析实例,（,36,）删除第二个面。,a.,从主菜单中选择,PreprocessorModelingDeleteArea and Below,。,b.,选择第二个面。生成的结果如下图：,41,齿轮的接触分析实例,2.6,对齿面划分网格,（,1,）从主菜单中选择,PreprocessorMeshingMeshTool,。,（,2,）选择“,Mesh”,域中的“,Areas”,，点击,【Mesh】,，如右图所示。弹出面选择对话框，要求选择要划分的面，点击,【Pick All】,。,42,齿轮的接触分析实例,c.,划分网格完毕。划分结果如上图所示：,43,齿轮的接触分析实例,2.7,定义接触对,（,1,）从应用菜单中选择,SelectEntities,，在类型下拉列表中选“,Lines”,点击,【Apply】,，如下左图所示。,（,2,）打开先选择对话框，选择一个齿轮上可能与另一个齿轮相接触的线，点击,【OK】,，如下右图所示。,44,齿轮的接触分析实例,（,3,）在实体选择对话框中选择“,Nodes”,在选择方式中选择“,Attached to”,在单选列表中选择“,Lines,all”,。如下图所示：,（,4,）从实用菜单中选择,SelectComo/AssemblyCreate Component,，在“,Component name”,文本框中输入”,node1”,点击,【OK】,，如下图所示：,45,齿轮的接触分析实例,（,5,）从实用菜单中选择,SelectEverything,。,（,6,）在实体选择对话框中在类型下拉列表中选“,Lines”,选择方式选“,By Num/Pick”,点击,【Apply】,，弹出线选择对话框，选择另一个齿轮上可能与前一个齿轮相接触的线，点击,【OK】,。,（,7,）在实体选择对话框中选择“,Nodes”,在选择方式中选择“,Attached to”,在单选列表中选择“,Lines,all”,。,（,8,）从实用菜单中选择,SelectComo/AssemblyCreate Component,，在“,Component name”,文本框中输入”,node2”,点击,【OK】,。,（,9,）从实用菜单中选择,SelectEverything,。,46,齿轮的接触分析实例,（,10,）点击工具栏中的,【,接触定义向导,】,按钮（最后一项）如下图所示：,（,11,）,ANSYS,会打开如下对话框：,（,12,）选择工具条中的第一项，会打开下一步操作向导，在对话框中选择”,NODE2”,，并点击,【Next】,。如下图所示：,47,齿轮的接触分析实例,（,13,）在对话框选取“,NODE1”,，点击,【NEXT】,后，出现如下图所示对话框：,48,齿轮的接触分析实例,（,14,）点击,【Create】,显示建立接触对的结果：,49,齿轮的接触分析实例,3.,定义边界条件并求解,3.1,施加位移边界,（,1,）将当前坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toGlobal Cylindrical,。,（,2,）从主菜单中选择,PreprocessorModelingMove/ModifyRotate Node CSTo Active CS,，打开节点选择的对话框，要求选择欲旋转的坐标系的节点。,（,3,）选择第一个齿轮内径上所有节点：,a.,点击,【Pick All】,节点的节点坐标系都将被旋转到当前激活的总体坐标系下。,b.,从实用菜单中选择,SelectEntities,，弹出实体选择对话框,50,齿轮的接触分析实例,按照左图所示选择第一个齿轮内径上所有的节点。,（,4,）从主菜单中选择,SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes,，代开节点选择对话框，要求选择欲施加位移约束的节点。,（,5,）选择第一个齿轮内径上所有节点，点击,【Pick All】,，打开在节点上施加位移约束对话框。如下图所示。选择”,UX”,方向，即施加径向位移约束，点击,【OK】,。,51,齿轮的接触分析实例,3.2,施加第一个齿轮位移载荷及第二个齿轮的位移边界条件求解,（,1,）从主菜单中选择,SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes,，打开节点选择对话框，选择第一个齿轮内径上所有节点，点击,【Pick All】,打开在节点上施加位移约束对话框，按照下图所示，在”,UY”,周向上施加位移约束,-0.2,，点击,【OK】,。,52,齿轮的接触分析实例,（,2,）从实用菜单中选择,SelectEverything,。,（,3,）从实用菜单中选择,WorkPlaneChange Actives CS toSpecified Coord Sys,，在弹出的对话框中坐标编号中填,11,，如下图所示，点击,【OK】,。,（,4,）从实用菜单中选择,SelectEntities,，弹出实体选择对话框,按照下图所示选择第二个齿轮内径上所有节点。,53,齿轮的接触分析实例,（,5,）从主菜单中选择,SolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementon Nodes,，打开节点选择对话框，选择第二个齿轮内径上所有节点，点击,【Pick All】,打开在节点上施加位移约束对话框，按照下图所示，在”,All DOF”,上施加,0,，点击,【OK】,。,（,6,）从实用菜单中选择,SelectEverything,。,54,齿轮的接触分析实例,（,7,）从主菜单中选择,SolutionAnalysis TypeSoln Controls,打开求解控制对话框，在“,Analysis Options”,下拉列表中选择“,Large Displacement Static”,“Time at end of Loadstep”,文本框中输入,1,，在“,Number of substeps”,文本框中输入,20,，点击,【OK】,，如下图所示：,55,齿轮的接触分析实例,（,8,）从主菜单中选择,SolutionSolveCurrent LS,打开一个确认对话框和状态列表，如下图所示，要求查看列出的求解选项，查看列表中的信息确认无误后，点击,【OK】,，开始求解。,（,9,）点击,【Close】,关闭求解。,56,齿轮的接触分析实例,57,齿轮的接触分析实例,4.,查看结果,4.1,查看,von Mises,等效应力,从主菜单中选择,General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu,打开“,Contour Nodal Solution Data”,对话框，选择“,Stress”,复选“,von Mises stress”,。点击,【OK】,。出现“,von Mises”,等效应力分布图。,58,齿轮的接触分析实例,4.2,查看接触应力,从主菜单中选择,General PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu,打开“,Contour Nodal Solution Data”,对话框，选择“,ContactContact pressure”,。点击,【OK】,。等效应力分布图。,59,齿轮的接触分析实例,4.3,动画显示,从实用菜单中选择,PlotCtrlsAnimateMode Shape,，选,DOF solutionUSUM,点击,【OK】,。,60,