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分析ANSYS的齒輪結(jié)構(gòu)靜力
以下是小編準(zhǔn)備的關(guān)于分析ANSYS的齒輪結(jié)構(gòu)靜力的論文，希望可以幫助大家!
摘要：本文基于強(qiáng)度分析的原理，利用三維建模軟件SOLIDWORKS建立好齒輪模型，然后轉(zhuǎn)換格式利用Pro/E和ANSYS接口，將齒輪模型導(dǎo)入到ANSYS中，從而在一定的載荷和約束作用下對齒輪進(jìn)行強(qiáng)度分析。強(qiáng)度分析有動態(tài)分析和靜態(tài)分析兩種，本文只進(jìn)行靜態(tài)分析，分析齒輪的應(yīng)力應(yīng)變集中的地方是否合理，并從分析所得到的數(shù)據(jù)中研究其最大應(yīng)力是否滿足要求，從而完成對齒輪的結(jié)構(gòu)靜力分析。
關(guān)鍵詞：強(qiáng)度分析 ANSYS 有限元分析 齒輪結(jié)構(gòu)
1、前言
齒輪機(jī)構(gòu)可以用來傳遞任意兩軸之間的運(yùn)動，其傳遞準(zhǔn)確可靠，效率很高，而且齒輪機(jī)構(gòu)是傳統(tǒng)和現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)[1]。在各種零件失效的形式中，齒輪也是最容易出現(xiàn)失效的常見零件之一。而且零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析關(guān)系到所設(shè)計的機(jī)器能否正常工作并達(dá)到一定的使用要求，因此對齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行分析是很有必要的。強(qiáng)度分析的目的主要是分析零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求，分析所用的數(shù)據(jù)或圖表的來源既可以是一些經(jīng)驗(yàn)公式分析后得到的，也可以是從一些相關(guān)的強(qiáng)度分析軟件中得到。一般的齒輪都是漸開線齒廓，可以利用相關(guān)的軟件進(jìn)行建模，如本文采用了美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)的建模軟件Pro/E進(jìn)行齒輪建模，然后再導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行強(qiáng)度分析。
2、有限元模型的建立
2.1 幾何模型的建立
齒輪的基本參數(shù)齒輪：模數(shù)m=2.5mm，齒數(shù)z=33，壓力角α=25°，為正常齒制的齒輪，h*a=1，c*=0.25，齒寬b=94mm。
為了更加簡便的建模，首先使用SOLIDWORKS軟件將齒輪的三維實(shí)模型建立好。而且由于是結(jié)構(gòu)靜力分析，載荷往往只在一個齒上，為了使分析效率有所提高，又可以節(jié)約計算機(jī)的分析時間，根據(jù)圣維南原理，可將模型進(jìn)行一定的簡化。如圖2-1所示。
2.2 模型的導(dǎo)入
2.2.1ANSYS簡介
伴隨有限元方法理論的發(fā)展，為了更好的使用有限元方法理論進(jìn)行工程問題的分析求解，一些大型軟件應(yīng)運(yùn)而生，其中就包括了ANSYS。ANSYSA是運(yùn)用最為廣泛的有限元分析軟件之一，可以對分析對象進(jìn)行動態(tài)、靜態(tài)和熱傳導(dǎo)等分析。它還可以通過對分析對象輸入相關(guān)屬性、添加約束以及載荷后，可以由其相關(guān)的后處理模塊進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變和溫度等分析，進(jìn)而得到相關(guān)的結(jié)果。
2.2.2模型的導(dǎo)入
齒輪其他的基本參數(shù)：齒輪的扭矩為T=325.320N·m，齒輪材料為40Cr[2]，密度為7.8×103kg/m3，彈性模量為211GPa，泊松比為0.277。
由于ANSYS存在有與Pro/E的接口，故可以把SOLIDWORKS建立好的模型另存為“prt”格式，再將模型導(dǎo)入ANSYS里面，進(jìn)而就可以利用ANSYS進(jìn)行有限元分析了。
2.3劃分網(wǎng)格
為了對齒輪進(jìn)行比較精確的結(jié)構(gòu)靜力分析，取簡化后的模型為研究對象，考慮到一些實(shí)際的因素，如齒輪的齒形、齒輪的精度等，選用“solid95”型為有限元的網(wǎng)格單元。“solid95”是一種空間實(shí)體單元，適合曲線邊界建模，且具備許多功能。采用“掃略”這種操作方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的劃分越精細(xì)，其結(jié)果也越精確，導(dǎo)入和劃分后的圖形如圖2-2所示。
3、求解及后處理
對齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析，約束主要是施加對圓柱孔面的約束以及一個齒面的約束。對齒輪施加的載荷為施加在圓柱孔面上的扭矩。這樣經(jīng)過施加約束和載荷后就可以用ANSYS的后處理來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析了。本文對齒面進(jìn)行的是靜態(tài)分析，因此選擇通用的后處理對結(jié)果進(jìn)行分析。通過求解理后可得到齒輪等效應(yīng)力云圖，如圖2-3所示。
4、結(jié)果分析
采用通用后處理操作方式對求解的結(jié)果進(jìn)行處理，通過彩色云圖顯示應(yīng)力、應(yīng)變的分布，以不同的顏色表示不同的應(yīng)力值，這樣之后使得齒輪的內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變分布情況一目了然。從應(yīng)力云圖可知，齒輪的齒根部分出現(xiàn)了最大的應(yīng)力，其最大的應(yīng)力為522.962Mpa。齒根也是齒輪發(fā)生應(yīng)力集中的主要部位，有極大的可能出現(xiàn)疲勞斷裂的現(xiàn)象。一般的漸開線齒輪最容易出現(xiàn)的失效形式之一是斷裂，它發(fā)生的位置也是在齒根部位，因此從這個結(jié)果上看，與實(shí)際工作的情況相吻合。
5、結(jié)束語
本文通過Pro/E和ANSYS接口技術(shù)，對工程實(shí)際中的齒輪在一定的載荷和約束條件下進(jìn)行有限元分析，得到相關(guān)強(qiáng)度分析的數(shù)據(jù)，研究得到結(jié)論與實(shí)際相符。本文為齒輪靜力分析提供了寶貴的理論依據(jù)，具有重要的實(shí)際意義。
參考文獻(xiàn)：
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