ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析
ANSYS workbench齿轮啮合瞬态动力学分析齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种，今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。有限元分析流程分为3大步、3小步，如下图所示。今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。图1 有限元分析流程一、前处理1.1 几何模型的构建本文几何模型在SolidWorks中创建，并导入workbench中，如图所示图2 齿轮对几何模型1.2 材料定义材料选用结构钢：密度：7850kg/m3，杨氏模量：2.1e11Pa，泊松比：0.31.3 有限元模型的构建有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建1.3.1 材料赋予双击瞬态动力学分析流程中的Model，进入Mechanical界面，单击项目树Geometry下的两个零件，左下角细节框中，Material处指派steel材料1.3.2 网格划分为便于分析及收敛，对网格进行一个简单的控制：首先在左侧项目树Mesh处插入一个method，选中两个齿轮，划分方法为MultiZone；然后插入两个Size，对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制，得到了如图所示的网格模型。图3 网格模型1.3.3 连接关系的构建连接关系包括两部分：接触和运动副，运动副可以实现齿轮的转动，接触可以实现齿轮的传力。由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触，但默认接触为绑定接触，不符合实际情况，故直接删除，后续手动创建相应接触。首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictional contact，接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面，目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。摩擦系数为0.15，Normal Stiffness为1，Update Stiffness为Each iteration，Time Step Controls为Automatic Bisection。由于模型初始间隙较大，故可将Interface Treatment设置为 Adjust to Touch。图4 接触设置然后在左侧项目树Connections下插入两个转动副(Revolute-Body to Ground)，其中一个转动副中Mobile的区域选择为主动轮的内孔面，另一个转动副中Mobile的区域选择为从动轮的内孔面。二、求解2.1 载荷步的设置单击Transient下的Analysis Settings，将载荷步控制中Define By设置为Substeps，initial substeps为50，Minimum Substeps为50，Maximum Substeps为350。同时需要注意，将大变形开关打开。2.2 载荷设置添加Loads->Joint Load，为主动轮与地面的运动副添加Rotation载荷，载荷大小为0-30°；添加Loads->Joint Load，为从动轮与地面的运动副添加Moment载荷，载荷大小为1e5N*mm。图5 主动轮角位移载荷图6 从动轮负载转矩图7 载荷设置2.3 约束设置由于本文以添加运动副，运动副已为模型添加必要的约束，因此此处不需要在添加约束。三、后处理3.1 位移结果图8 位移云图 3.2 应力结果图9 应力云图3.3 从动轮转速曲线右击solution->probe->joint，选择从动轮对地的转动副，查看其Z轴转速曲线，去下图所示。图10 从动轮转速曲线 本文实例不具有工程实际意义。有需要可以联系我你这样设置的太简单了，如果转速很高，例如7200r/min又该如何设置呢
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