1、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。,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,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。,齿轮的接触分析实例,（2）从实用菜单中选择FileChange Dire
2、ctory,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。,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。,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“Str
3、uctural”复选框，单击【OK】按钮。,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】。,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】。,齿轮的接触分析实例,2.3 定义实常数 （1）从主菜单中选择Preprocesso
4、rReal 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。,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】。,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。,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。,齿轮的接触分析实例,在
5、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。,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。,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。,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
6、 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】。,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】。,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A
7、NSYS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】.,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】。,齿轮的接触分析
8、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）。,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 Angle
9、s”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】。,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
10、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：,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。,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
11、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：,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PreprocessorModelingCreateLinesStraight 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
12、择方才建立的齿轮边上的线，在对话框中点击【OK】。,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。,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】。 (2
13、1)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。,齿轮的接触分析实例,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
14、.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。,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 vi
15、ew）,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。,齿轮的接触分析实例,b.点
16、击【Pick All】。结果如下图：,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PreprocessorModelingCreateAreasArbitraryBy Lines。 b.选取所有的线，点击【OK】，结果如下图：,齿轮的接触分析实例,（30）创建圆面。 a.从主菜单选择PreprocessorModelingCreateAreasCircleSolid Circle。 b. X=0,Y=0,Radius=8，点击【OK】。,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PreprocessorModelingOperateBoo
17、leansSubtractAreas。 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。,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：,齿轮的接触分析实例,复制所得结果如下图所示：,齿轮的接触分析实例,（33）
18、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。,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
19、 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】。,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：,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：,齿轮的接
20、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】。,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：,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。,齿轮的接触分析实例,（3）在
21、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：,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
22、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。,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：,齿轮的
23、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：,齿轮的接触分析实例,（14）点击【Create】,显示建立接触对的结果：,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
24、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,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】。,齿轮的接触分析实例,
25、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】。,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
26、，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。,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。,齿轮的接触分析实例,（7）从主菜单中选择SolutionAnalysis Typ
27、eSoln 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：,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。,齿轮的接触分析实例,齿轮的接触分析实例,4
28、. 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。,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。,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】。,
