ANSYS齿轮接触应力分析案例实用教案.ppt

齿轮(chǐlún)的接触分析实例2. 建立模型2.1 设定(shè dìnɡ)分析作业名和标题（1）从菜单中选择File>Change 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，完成文件名的修改第1页/共59页第一页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（2）从实用菜单中选择File>Change￿Directory,打开“Change￿Directory”命令，可以自定义该文件的目标(mùbiāo)文件夹，单击【确定】按钮第2页/共59页第二页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（3）从实用菜单中选择File>Change￿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(shílì)的标题名单击【OK】按钮确定第3页/共59页第三页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例(4)￿从实用菜单中选择Plot>Replot命令，自定义的标题”contact￿analysis￿of￿two￿gears”将显示(xiǎnshì)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】按钮第4页/共59页第四页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例2.￿2￿定义单元类型(lèixíng)（1）从主菜单中选择Preprocessor>Element￿Type>Add/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】第5页/共59页第五页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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(diǎn￿jī)【OK】，然后【Close】第6页/共59页第六页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例2.3￿定义实常数（1）从主菜单中选择Preprocessor>Real￿Constants>Add/Edit/Delete，打开如下(rúxià)图的“实常数”对话框，点击【Add】,设置实常数单元类型第7页/共59页第七页，共60页。

齿轮(chǐlún)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(hòudù)设置为4设置完毕，点击【OK】第8页/共59页第八页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例￿￿￿设置完毕(wánbì)后，￿点击【Close】关闭实常数对话框第9页/共59页第九页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例2.4￿定义(dìngyì)材料属性（1）从主菜单中选择Preprocessor>Material￿Props>Material￿Models，如下图所示依次双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic第10页/共59页第十页，共60页齿轮(chǐlún)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(diǎn￿jī)【OK】，回到材料属性对话框界面第11页/共59页第十一页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（2）依次双击Structural>Density，设置(shèzhì)材料密度为7.8E3完毕点击【OK】退出。

第12页/共59页第十二页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（3）依次双击Structural>Friction￿Coefficient，打开材料摩擦系数对话框如下图，设置(shèzhì)摩擦系数为0.1完毕点击【OK】，并退出材料属性设置(shèzhì)对话框第13页/共59页第十三页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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(cài￿dān)中选择WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿Cylindrical2）定义一个关键点a.从主菜单(cài￿dān)选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In￿Active￿CSb.建立关键点1如下图，完毕点击【OK】第14页/共59页第十四页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（3）定义一个点作为辅助(fǔzhù)点a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In￿Active￿CSb.建立辅助(fǔzhù)点110如下图，完毕点击【OK】。

第15页/共59页第十五页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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WorkPlane>Offset￿WP￿to>Keypoints￿+￿b.在ANSYS图形窗口(chuāngkǒu)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WorkPlane>Offset￿WP￿by￿Incrementsb.在“XY,YZ,ZX,ZXAngles”文本框中输入-50,0,0,点击【OK】.第16页/共59页第十六页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（6）将激活的坐标系设置为工作平面坐标系：￿WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Working￿Plane7）建立第二个关键点a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In￿Active￿CSb.建立关键点2如下图，完毕(wánbì)点击【OK】第17页/共59页第十七页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例（8）将当前坐标(zuòbiāo)系设置为总体柱坐标(zuòbiāo)系从实用菜单中选择WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿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(zuòbiāo)依次为（16，43）、（16，46）、（16，49）、（16，52）、（16，55）第18页/共59页第十八页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（10）按照(ànzhào)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WorkPlane>Offset￿WP￿by￿Incrementsb.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：￿WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Working￿Plane13）建立第三个关键点a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In￿Active￿CSb.建立关键点3如下图，完毕点击【OK】第19页/共59页第十九页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)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( jiǎodù)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：第20页/共59页第二十页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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(shèzhì)为总体柱坐标系从实用菜单中选择WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿Cylindrical第21页/共59页第二十一页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例b.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In￿Active￿CSc.建立关键点8X=24,Y=9.857完毕(wánbì)点击【Apply】d.建立关键点9X=24,Y=13完毕(wánbì)点击【￿Apply￿】g.建立关键点10X=20,Y=-5完毕(wánbì)点击【OK】建立完毕(wánbì)后的结果如右图所示：第22页/共59页第二十二页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例(16)在柱面坐标系中创建圆弧线a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Lines> 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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Linesb.在图形(túxíng)窗口选择方才建立的齿轮边上的线，在对话框中点击【OK】第23页/共59页第二十三页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例c. ANSYS提示是否删除原来的线，选择(xuǎnzé)【Delete】，点击【OK】18）偏移工作平面到总坐标系的原点： WorkPlane>Offset WP to>Global Origin19）将工作平面与总体坐标系对齐：WorkPlane>Align WP with>Global Cartesian第24页/共59页第二十四页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例(20)将工作平面旋转13°a.从实用菜单中选择(xuǎnzé)WorkPlane>Offset￿WP￿by￿Incrementsb.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：￿WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Working￿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(xuǎnzé)Preprocessor>Modeling>Reflect>Linesb.在对话框中选【Pick￿All】c.在弹出的对话框选择(xuǎnzé)X-Z面，在增量中输入1000单击【OK】，选择(xuǎnzé)”Copied”，如下图镜像结果第25页/共59页第二十五页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例第26页/共59页第二十六页，共60页齿轮(chǐlún)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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Linesb.选择齿顶上的两条线，点击(diǎn￿jī)【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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Linesb.选择齿顶上的两条线，点击(diǎn￿jī)【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WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿Cylindrical。

第27页/共59页第二十七页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例b.从主菜单(cài￿dān)选择Preprocessor>Modeling>Copy>Linesc.点击【Pick￿All】d.在弹出的提示框中按下图输入，点击【OK】Fit￿view）第28页/共59页第二十八页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（26）把齿底上的所有线粘起来a.从主菜单选择(xuǎnzé)Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Linesb.分别选择(xuǎnzé)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(xuǎnzé)Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Linesb.分别选择(xuǎnzé)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(xuǎnzé)Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines第29页/共59页第二十九页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例b.点击【Pick All】。

结果(jiē guǒ)如下图：第30页/共59页第三十页，共60页齿轮(chǐlún)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(cài￿dān)选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>￿￿Arbitrary>By￿Linesb.选取所有的线，点击【OK】，结果如下图：第31页/共59页第三十一页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例（30）创建(chuàngjiàn)圆面a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Areas>￿￿Circle>Solid￿Circleb.￿X=0,Y=0,Radius=8，点击【OK】第32页/共59页第三十二页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（31）从齿轮(chǐlún)面中减去圆面a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>￿￿Areasb.选择齿轮(chǐlún)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】，如下图所示第33页/共59页第三十三页，共60页。

齿轮的接触分析(fēnxī)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(shíyòng)菜单中选择WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿Cartesian￿b.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Copy>Areasc.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：第34页/共59页第三十四页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例复制(fùzhì)所得结果如下图所示：第35页/共59页第三十五页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例（33）创建局部坐标系a.从实用菜单中选择WorkPlane>Local￿Coordinate￿Systems>Create￿Local￿CS>At￿Specified￿Loc+b.在“Global￿Cartesian”文本框中输入44,0,0，点击(diǎn￿jī)【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(diǎn￿jī)【OK】如右下图所示第36页/共59页第三十六页，共60页齿轮(chǐlún)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WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Specified￿Coord￿Sys￿b.在文本框中输入(shūrù)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Preprocessor>Modeling>Copy>Areasb.选择生成的第二个面，点击【OK】第37页/共59页第三十七页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)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(diǎn￿jī)【OK】，如右上图所示：￿￿￿￿￿这样产生了第三个面，如右下图所示：第38页/共59页第三十八页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（36）删除第二个面a.从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Delete>Area￿and￿Belowb.选择第二个面生成的结果(jiē￿guǒ)如下图：第39页/共59页第三十九页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例2.6￿对齿面划分网格(wǎnɡ￿ɡé)（1）从主菜单中选择Preprocessor>Meshing>MeshTool。

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】第40页/共59页第四十页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例c.划分网格(wǎnɡ￿ɡé)完毕划分结果如上图所示：第41页/共59页第四十一页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例2.7￿定义接触对（1）从应用菜单中选择Select>Entities，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(chǐlún)上可能与另一个齿轮(chǐlún)相接触的线，点击【OK】，如下右图所示第42页/共59页第四十二页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（3）在实体(shítǐ)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Select>Como/Assembly>Create￿Component，在“Component￿name”文本框中输入”node1”,点击【OK】，如下图所示：第43页/共59页第四十三页，共60页。

齿轮的接触(jiēchù)分析实例（5）从实用菜单中选择Select>Everything6）在实体选择对话框中在类型(lèixíng)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Select>Como/Assembly>Create￿Component，在“Component￿name”文本框中输入”node2”,点击【OK】9）从实用菜单中选择Select>Everything第44页/共59页第四十四页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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(yī￿bù)操作向导，在对话框中选择”NODE2”，并点击【Next】如下图所示：第45页/共59页第四十五页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（13）在对话框选取“NODE1”，点击(diǎn￿jī)【NEXT】后，出现如下图所示对话框：第46页/共59页第四十六页，共60页。

齿轮的接触(jiēchù)分析实例（14）点击(diǎn￿jī)【Create】,显示建立接触对的结果：第47页/共59页第四十七页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例3.￿定义边界条件并求解3.1￿施加位移(wèiyí)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WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Global￿Cylindrical2）从主菜单中选择Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Rotate￿Node￿CS>To￿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Select>Entities，弹出实体选择对话框,第48页/共59页第四十八页，共60页齿轮的接触(jiēchù)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Solution>Define￿Loads>Apply>Structural>Displacement>on￿Nodes，代开节点选择对话框，要求(yāoqiú)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】第49页/共59页第四十九页，共60页齿轮(chǐlún)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Solution>Define￿Loads>Apply>Structural>Displacement>on￿Nodes，打开节点选择对话框，选择第一个齿轮内径(nèi￿jìnɡ)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】第50页/共59页第五十页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（2）从实用菜单中选择Select>Everything3）从实用菜单中选择WorkPlane>Change￿Actives￿CS￿to>Specified￿Coord￿Sys，在弹出的对话框中坐标编号中填11，如下(rúxià)图所示，点击【OK】4）从实用菜单中选择Select>Entities，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。

第51页/共59页第五十一页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例（5）从主菜单中选择Solution>Define￿Loads>Apply>Structural>Displacement>on￿Nodes，打开节点(jié￿diǎn)选择对话框，选择第二个齿轮内径上所有节点(jié￿diǎn)，点击【Pick￿All】,打开在节点(jié￿diǎn)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Select>Everything第52页/共59页第五十二页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例（7）从主菜单中选择Solution>Analysis￿Type>Sol’n￿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(diǎn￿jī)【OK】，如下图所示：第53页/共59页第五十三页，共60页。

齿轮的接触分析(fēnxī)实例（8）从主菜单中选择Solution>Solve>Current￿LS,打开一个确认对话框和状态列表，如下图所示，要求(yāoqiú)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】,关闭求解第54页/共59页第五十四页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例第55页/共59页第五十五页，共60页齿轮(chǐlún)的接触分析实例4.￿查看结果(jiē￿guǒ)4.1￿查看von￿Mises等效应力￿￿￿￿从主菜单中选择General￿Postproc>Plot￿Results>Contour￿Plot>Nodal￿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”等效应力分布图第56页/共59页第五十六页，共60页齿轮的接触(jiēchù)分析实例4.2￿查看接触应力￿￿￿￿从主菜单中选择General￿Postproc>Plot￿Results>Contour￿Plot>Nodal￿Solu,打开(dǎ￿kāi)“Contour￿Nodal￿Solution￿Data”对话框，选择“Contact>Contact￿pressure”。

点击【OK】等效应力分布图第57页/共59页第五十七页，共60页齿轮的接触分析(fēnxī)实例4.3￿动画显示￿￿￿￿￿￿从实用(shíyòng)菜单中选择PlotCtrls>Animate>Mode￿Shape，选DOF￿solution>USUM,点击【OK】第58页/共59页第五十八页，共60页感谢您的观赏(guānshǎng)！第59页/共59页第五十九页，共60页内容(nèiróng)总结齿轮的接触(jiēchù)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1)将当前坐标系设置为总体柱坐标系X=24,Y=13X=20,Y=-51）将当前坐标系设置为总体柱坐标系4）从实用菜单中选择Select>Entities，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感谢您的观赏第六十页，共60页。