分析ANSYS的齒輪結構靜力

時間：2025-10-02 03:07:03 數控畢業論文

分析ANSYS的齒輪結構靜力

　　以下是小編準備的關于分析ANSYS的齒輪結構靜力的論文，希望可以幫助大家!

　　摘要：本文基于強度分析的原理，利用三維建模軟件SOLIDWORKS建立好齒輪模型，然后轉換格式利用Pro/E和ANSYS接口，將齒輪模型導入到ANSYS中，從而在一定的載荷和約束作用下對齒輪進行強度分析。強度分析有動態分析和靜態分析兩種，本文只進行靜態分析，分析齒輪的應力應變集中的地方是否合理，并從分析所得到的數據中研究其最大應力是否滿足要求，從而完成對齒輪的結構靜力分析。

　　關鍵詞：強度分析 ANSYS 有限元分析齒輪結構

　　1、前言

　　齒輪機構可以用來傳遞任意兩軸之間的運動，其傳遞準確可靠，效率很高，而且齒輪機構是傳統和現代機械中應用最為廣泛的一種傳動機構[1]。在各種零件失效的形式中，齒輪也是最容易出現失效的常見零件之一。而且零件的結構強度分析關系到所設計的機器能否正常工作并達到一定的使用要求，因此對齒輪的強度進行分析是很有必要的。強度分析的目的主要是分析零件的結構強度是否滿足要求，分析所用的數據或圖表的來源既可以是一些經驗公式分析后得到的，也可以是從一些相關的強度分析軟件中得到。一般的齒輪都是漸開線齒廓，可以利用相關的軟件進行建模，如本文采用了美國參數技術公司開發的建模軟件Pro/E進行齒輪建模，然后再導入ANSYS進行強度分析。

　　2、有限元模型的建立

　　2.1 幾何模型的建立

　　齒輪的基本參數齒輪：模數m=2.5mm，齒數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模型建立好。而且由于是結構靜力分析，載荷往往只在一個齒上，為了使分析效率有所提高，又可以節約計算機的分析時間，根據圣維南原理，可將模型進行一定的簡化。如圖2-1所示。

　　2.2 模型的導入

　　2.2.1ANSYS簡介

　　伴隨有限元方法理論的發展，為了更好的使用有限元方法理論進行工程問題的分析求解，一些大型軟件應運而生，其中就包括了ANSYS。ANSYSA是運用最為廣泛的有限元分析軟件之一，可以對分析對象進行動態、靜態和熱傳導等分析。它還可以通過對分析對象輸入相關屬性、添加約束以及載荷后，可以由其相關的后處理模塊進行應力、應變和溫度等分析，進而得到相關的結果。

　　2.2.2模型的導入

　　齒輪其他的基本參數：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，再將模型導入ANSYS里面，進而就可以利用ANSYS進行有限元分析了。

　　2.3劃分網格

　　為了對齒輪進行比較精確的結構靜力分析，取簡化后的模型為研究對象，考慮到一些實際的因素，如齒輪的齒形、齒輪的精度等，選用“solid95”型為有限元的網格單元。“solid95”是一種空間實體單元，適合曲線邊界建模，且具備許多功能。采用“掃略”這種操作方式進行網格劃分，網格的劃分越精細，其結果也越精確，導入和劃分后的圖形如圖2-2所示。

　　3、求解及后處理

　　對齒輪進行結構靜力分析，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。這樣經過施加約束和載荷后就可以用ANSYS的后處理來進行結構分析了。本文對齒面進行的是靜態分析，因此選擇通用的后處理對結果進行分析。通過求解理后可得到齒輪等效應力云圖，如圖2-3所示。

　　4、結果分析

　　采用通用后處理操作方式對求解的結果進行處理，通過彩色云圖顯示應力、應變的分布，以不同的顏色表示不同的應力值，這樣之后使得齒輪的內部應力應變分布情況一目了然。從應力云圖可知，齒輪的齒根部分出現了最大的應力，其最大的應力為522.962Mpa。齒根也是齒輪發生應力集中的主要部位，有極大的可能出現疲勞斷裂的現象。一般的漸開線齒輪最容易出現的失效形式之一是斷裂，它發生的位置也是在齒根部位，因此從這個結果上看，與實際工作的情況相吻合。

　　5、結束語

　　本文通過Pro/E和ANSYS接口技術，對工程實際中的齒輪在一定的載荷和約束條件下進行有限元分析，得到相關強度分析的數據，研究得到結論與實際相符。本文為齒輪靜力分析提供了寶貴的理論依據，具有重要的實際意義。

　　參考文獻：

　　[1]謝進，萬朝艷，杜力杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

　　[2]邱宣懷.機械設計[M].北京：高等教育出版社，1997.

　　[3]戴進，鐘定銘.基于齒輪加工原理的精確建模及ANSYS有限元分析[J].機電工程技術，2008，37(04)：77-79.

　　[4]宋劍鋒.ANSYS有限元分析[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

　　[5]鄭正，雷君相，羅宇舟.基于ANSYS對塑料齒輪的結構靜力學分析[J].制造業自動化，2009，32(5)：163-166.

【分析ANSYS的齒輪結構靜力】相關文章：

齒輪設備買賣合同12-13

鋼結構柱腳的抗震設計要點分析建筑工程論文09-06

大班科學教案：奇妙的齒輪教案及教學反思03-06

結構調研報告12-09