基于Ansys的直齿齿轮接触应力分析研究生姓名：段晓溪班级：材加6班学号：S130********指导教师：高士友教授目录第1章研究任务简介 (2)1.1题目描述： (2)1.2题目分析： (2)第2章 Pro/e建模 (3)2.1 在Pro/e环境下对齿轮建模 (3)2.2 创建过程 (3)2.3 Pro/e中3D模型 (3)2.4装配 (3)第3章 CAE分析 (4)3.1 建模过程 (4)3.1.1设定分析作业名和标题 (4)3.1.2 定义单元类型 (5)3.1.3 定义材料属性 (6)3.1.4 3D模型导入 (7)3.1.5 对实体划分网格 (8)3.1.6 模型简化说明：以片体代替实体分析 (9)3.1.7 导入2D齿轮外形Ansys中建模 (9)3.1.8 对齿面划分网格 (13)3.1.9 定义接触对 (13)3.2 定义边界条件并求解 (17)3.2.1 施加位移边界 (17)3.2.2 施加第一齿轮位移载荷及第二个齿轮位移边界 (18)3.3模拟结果分析与处理 (19)3.3.1 查看von Mises等效应力 (19)3.3.2 查看接触应力 (20)3.3.3接触应力集中点分析 (21)第4章结论 (21)第5章参考文献 (22)第1章研究任务简介1.1题目描述：基于ansys的直齿齿轮接触应力分析计算分析模型如图1.1所示图1.1两接触齿轮的平面图（截面图）基本参数：齿数：20 齿数：20厚度： 4 厚度：4强性模量：2.06E11 强性模量：2.06E11摩擦系数：0.1 摩擦系数：0.1泊松比v=0.26 泊松比v=0.261.2题目分析：在开式齿轮传动以及硬齿面闭式齿轮传动的工作过程中，轮齿会在载荷的作用下发生弯曲折断，所以,我们必须进行齿根弯曲强度的计算[1]。
根据参数化建模原理以及轮齿齿廓的数学模型,在Pro/E软件中建立轮齿的三维模型,之后导入Ansys环境中进行接触应力分析。
利用有限元法分析齿轮的接触应力，可以获得齿轮的真实应力场，相比于一般研究方法，分析结果更准确[2]。
第2章 Pro/e 建模2.1 在Pro/e 环境下对齿轮建模1、该齿轮的创建全部采用参数化控制，任意改变某一参数（如齿数Z 或模数M ），能使整体齿轮结构再生[3]。
2、该齿轮的轮齿结构是标准化的结构；而轮体部分的相关结构及其关系式是随意假设的（并非标准）。
3、四个参数符号含义：M ——模数；Z ——齿数；ALPHA ——压力角；B ——齿宽。
2.2 创建过程通过分析零件的参数为添加参数：模数M=2；齿数Z=20；压力角ALPHA=20；齿宽B=15；齿顶高系数1=hax ；顶隙系数cx =0.25。
在Pro/e 软件中画出齿轮，然后再用相同的方法画出另外参数相同的齿轮。
2.3 Pro/e 中3D 模型齿轮基本模型如图2.1所示，图2.1齿轮模型2.4装配装配齿轮中心距[4]()402121=+=z z m a ，装配图2.2如下图2.2零件装配图第3章 CAE分析3.1 建模过程3.1.1设定分析作业名和标题(1) 选取菜单路径File >Change Jobname，打开“Change Jobname ”(修改文件名)对话框，如下图所示。
在“Enter new jobname ”(输入新文件名)文本框中输入文字“WZZ1”，为本分析实例的数据库文件名。
单击【OK】按钮关闭对话框，完成文件名的修改。
(2) 选取菜单路径File >Change Title命令，打开“Change Title”（修改标题）对话框，如下图，在“Enter new title ”(输入新标题)文本框中输入文字“contact analysis of two gears”为本分析实例的标题名。
单击【OK】按钮，完成对标题名的指定。
（3）从主菜单中选择Plot>Replot命令，制定的标题“contact analysis of two gears”将显示在图形左下角。
从主菜单中选择Preference命令，打开“Preference of GUI Filtering”(菜单过滤参数选择)对话框，选择“Structural”复选框，单击【OK】按钮确定。
3.1.2 定义单元类型在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型和所分析的问题的精度要求等，选定适合具体分析的单元类型。
本次研究中选用单四节点四边形板单元PLANE182。
PLANE不仅可以用于计算平面应力问题，还可以用于分析平面应变和轴对称问题。
有4个节点,相对于三角形单元而言,计算精度更高,没有三角形那样刚硬,对于带中间节点的四边形而言,节点数更少,节约计算时间,而精度下降不大[5]。
1、从主菜单中选取Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete命令，将弹出“Element Types ”(单元类型)对话框。
单击【Add】对话框中的按钮，将弹出“Library of Element Types ”(单元类型库)对话框,如下图所示。
2、在左边的列表框中单击“Structural Solid”选项，选择实体单元类型。
然后，在右边的列表中，单击“4node 182”选项，选择四节点四边形板单元PLANE182。
单击【OK】按钮，将PLANE182单元添加，并关闭单元类型对话框，同时返回到第一步打开的单元类型对话框，如下图。
3、单击【Opyions】按钮，打开如下图所示的“PLANE182 element type option”（单元选项设置）对话框，对PLANE182单元进行设置。
单击【OK】接受选项，再单击【Close】按钮，关闭单元类型对话框，结束单元类型的添加。
3.1.3 定义材料属性惯性力的精力分析中必须定义材料的弹性模数和密度。
具体步骤如下。
（1）从主菜单选择“Preprocessor > Material Props > Material Models”，打开“Define Material Model Behavior” (材料模型定义)对话框，如下图（2）依次双击“Structural>Linear> Elastic >Isotropic”，将弹出1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框,如下图所示（3）对话框中的“EX” (弹性模量)文本框中输入“2.06e11”，“PRXY” (泊松比)文本框中输入“0.3”。
单击对话框中的【OK】按钮关闭对话框，并返回到定义材料模数类型属性窗口，在此窗口的左边一栏出现刚刚定义的参考号为1的材料属性。
（4）依次双击“Structural>Friction Coefficient”，打开定义材料摩擦系数对话框，如下图所示（5）在“MU”文本框中输入摩擦系数0.1，单机【OK】按钮，再单击右上角【X】按钮，退出定义材料模数属性窗口，完成对材料模数属性的定义。
3.1.4 3D模型导入1、导入几何模型。
选取菜单路径" File> Import>IGES"，选择用IGES格式保存的齿轮装配图，如图3.1所示。
3.1 IGES格式保存的齿轮装配图3.1.5 对实体划分网格先设定单元尺寸大小为5：“Preprocessor>Meshing>Size>Cntrls|ManualSize>Global>Size”。
再选取菜单路径“Preprocessor >Meshing>Mesh Tool”打开分网工具对话框，对模型进行网格划分,如图3.2所示3.2 网格划分效果图3.1.6 模型简化说明：以片体代替实体分析由于考虑到到接触分析的计算量大，而圆柱直齿齿轮的轴向所受应力一致，所以可用二维模型代替三维模型，则打入模型简化为片体后再进行接触应力分析。
3.1.7 导入2D齿轮外形Ansys中建模（1）把所有的先粘接起来：“Preprocess>Modeling>Operate>Booleans>Glue>Lines命令；单击【Pick All】。
（2）用当前定义所有线创建面：“Preprocessor >Modeling>Create>Areas>Arbitrary>By Lines”命令，选择所有线然后单击【OK】。
（3）创建圆面：从主菜单中选择“Preprocessor > Modeling>Create>Areas>Circle>Solid Circle”命令；X=0，Y=0，Radius=7.5，然后单击【OK】如下图（4）从齿轮中减去圆：“Preprocessor > Modeling>Operate>Booleans>Subtrate>Areas+”命令；选择齿轮面，作布尔“减”操作的母体，单击【Apply 】；然后选择刚刚建立的圆面作为“减”去的对象，单击【OK 】。
所得如图（5）从菜单中选择WorkPlane>Change Active CS to>Gobal Cartesian 命令，激活坐标系为总体直角坐标系。
（6）在直角坐标系下复制面：“Preprocessor > Modeling>Copy>Areas”命令，单击【Pick All】；在“number of copies”文本框中输入2，在“X-offset in active CS”文本框中输入40，单击【OK】。
所得图（7）创建局部坐标系：WorkPlane>Local Coordinate Systenms>Create Local CS>AT specified Loc+命令；参数设置如下图（8）设置局部坐标系：WorkPlane>Change Active CS to>Specified Goord Sys 命令，文本框中输入11。
（9）在局部坐标系下复制面：“Preprocessor > Modeling>Copy>Areas ”选择第二个面单击【OK 】，然后在“number of copies ” 中输入2，“Y-offset in active CS ”输入“-9”单击【OK 】生成第三个面。
（10）删除第二个面：“Preprocessor > Modeling>Delete>Area and Below ”命令，选择第二个面，单击【OK 】。
最后生成结果如下图（11）单击【SA VE_DB 】保存数据。