ANSYS Workbench齒輪嚙合瞬態(tài)動力學(xué)分析

2021-04-19 16:28 作者:樂仿教育 0人讀過 | 我要投稿

齒輪傳動是機(jī)械系統(tǒng)傳動方式中應(yīng)用最為廣泛的一種，今天給介紹一下如何利用workbench實(shí)現(xiàn)齒輪嚙合的瞬態(tài)動力學(xué)分析。

有限元分析流程分為3大步、3小步，

如下圖所示

今天將以這種方式介紹使用workbench實(shí)現(xiàn)齒輪嚙合的分析流程。

01 前處理

本文幾何模型在SolidWorks中創(chuàng)建，并導(dǎo)入workbench中，如圖所示

1.2 材料定義

材料選用結(jié)構(gòu)鋼：密度：7850kg/m3，楊氏模量：2.1e11Pa，泊松比：0.3

1.3 有限元模型的構(gòu)建

有限元模型的構(gòu)建包括材料賦予、網(wǎng)格劃分以及連接關(guān)系的構(gòu)建

1.3.1 材料賦予

雙擊瞬態(tài)動力學(xué)分析流程中的Model，進(jìn)入Mechanical界面，單擊項(xiàng)目樹Geometry下的兩個零件，左下角細(xì)節(jié)框中，Material處指派steel材料。

1.3.2 網(wǎng)格劃分

為便于分析及收斂，對網(wǎng)格進(jìn)行一個簡單的控制：首先在左側(cè)項(xiàng)目樹Mesh處插入一個method，選中兩個齒輪，劃分方法為MultiZone；然后插入兩個Size，對幾個參與嚙合的齒面進(jìn)行尺寸控制，得到了如圖所示的網(wǎng)格模型。

1.3.3 連接關(guān)系的構(gòu)建

連接關(guān)系包括兩部分：接觸和運(yùn)動副，運(yùn)動副可以實(shí)現(xiàn)齒輪的轉(zhuǎn)動，接觸可以實(shí)現(xiàn)齒輪的傳力。由于workbench會自動創(chuàng)建向鄰近位置之間的接觸，但默認(rèn)接觸為綁定接觸，不符合實(shí)際情況，故直接刪除，后續(xù)手動創(chuàng)建相應(yīng)接觸。

首先在左側(cè)項(xiàng)目樹Connections下插入一個Frictional contact，接觸面選擇其中一個齒輪參與接觸的幾個齒面，目標(biāo)面選擇另一個齒輪參與接觸的幾個齒面。摩擦系數(shù)為0.15，Normal Stiffness為1，Update Stiffness為Each iteration，Time Step Controls為Automatic Bisection。由于模型初始間隙較大，故可將Interface Treatment設(shè)置為 Adjust to Touch。

然后在左側(cè)項(xiàng)目樹Connections下插入兩個轉(zhuǎn)動副(Revolute-Body to Ground)，其中一個轉(zhuǎn)動副中Mobile的區(qū)域選擇為主動輪的內(nèi)孔面，另一個轉(zhuǎn)動副中Mobile的區(qū)域選擇為從動輪的內(nèi)孔面。

02求解

單擊Transient下的Analysis Settings，將載荷步控制中Define By設(shè)置為Substeps，initial substeps為50，Minimum Substeps為50，Maximum Substeps為350。同時(shí)需要注意，將大變形開關(guān)打開。

2.2 載荷設(shè)置

添加Loads->Joint Load，為主動輪與地面的運(yùn)動副添加Rotation載荷，載荷大小為0-30°；添加Loads->Joint Load，為從動輪與地面的運(yùn)動副添加Moment載荷，載荷大小為1e5N*mm。