ANSYS齿轮接触应力分析案例ppt课件.ppt

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File>Change Jobname，翻开“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File>Change Directory,翻开“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File>Change Title，翻开“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Plot>Replot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“Structural〞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Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,翻开“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Preprocessor>Real Constants>Add/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Preprocessor>Material Props>Material Models，如下图所示依次双击Structural>Linear>Elastic>Isotropic。

齿轮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【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Structural>Density，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Structural>Friction 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WorkPlane>Change Actives CS to>Global Cylindrical2〕定义一个关键点a.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CSb.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Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CSb.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WorkPlane>Offset WP to>Keypoints + b.在ANSYS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WorkPlane>Offset WP by Incrementsb.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： 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，完毕点击【OK】齿轮的接触分析实例（8〕将当前坐标系设置为总体柱坐标系从实用菜单中选择WorkPlane>Change Actives CS to>Global Cylindrical9〕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】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WorkPlane>Change Actives CS to>Global Cylindrical齿轮的接触分析实例b.从主菜单选择Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CSc.建立关键点8X=24,Y=9.857完毕点击【Apply】d.建立关键点9X=24,Y=13完毕点击【 Apply 】g.建立关键点10X=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.在图形窗口选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： 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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 Plane22〕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Preprocessor>Modeling>Reflect>Linesb.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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines。

b.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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Linesb.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WorkPlane>Change Actives CS to>Global Cylindrical齿轮的接触分析实例b.从主菜单选择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）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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Linesb.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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Linesb.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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines齿轮的接触分析实例b.点击【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Preprocessor>Modeling>Create>Areas> Arbitrary>By Linesb.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Preprocessor>Modeling>Create>Areas> Circle>Solid Circleb. 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Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract> Areasb.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：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〕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【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WorkPlane>Change Actives CS to>Specified 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Preprocessor>Modeling>Copy>Areasb.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Preprocessor>Modeling>Delete>Area and Belowb.选择第二个面生成的结果如下图：齿轮的接触分析实例2.6 对齿面划分网格（1〕从主菜单中选择Preprocessor>Meshing>MeshTool2〕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Select>Como/Assembly>Create 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Select>Everything6〕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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,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Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>on 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齿轮的接触分析实例（5〕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Select>Everything齿轮的接触分析实例（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【OK】，如下图所示：齿轮的接触分析实例（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. 查看结果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,翻开“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 Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu,翻开“Contour Nodal Solution Data〞对话框，选择“Contact>Contact 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PlotCtrls>Animate>Mode Shape，选DOF solution>USUM,点击【OK】。