内容发布更新时间 : 2024/5/9 4:27:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于UG NX和ANSYS的减速箱渐开线圆柱齿轮有限元分析

摘要:通过三维机械设计软件UG NX构建直齿圆柱齿轮几何实体模型,运用有限元分析软件ANSYS对齿根进行应力分析计算,计算出齿轮的最大应力和最大应变。通过与理论分析结果的比较,说明ANSYS在齿轮计算中的有效性。有限元分析有利于对齿轮传动过程中力学特性进行深入研究,为齿轮传动的优化设计提供了基础理论。

关键词:直齿圆柱齿轮应力分析ANSYSUG失效 中图分类号:TH132.417:O242.41 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)02(b)-0110-02

齿根弯曲疲劳折断是齿轮主要失效形式之一,因为在载荷的多次重复作用下,齿根处产生的弯曲应力最大,且齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用,当齿根处的交变应力超过材料的疲劳极限时,最终会造成轮齿的弯曲疲劳折断,因此,需进行齿根弯曲强度计算。

本文利用三维设计软件UG NX4.0对齿轮进行实体建模,通过软件数据接口实现数据传递,从而把所建立的实体模型导入有限元分析软件ANSYS11.0中,然后通过ANSYS对齿轮进行网格划分,加载求解,进行应力场分析,计算出轮齿传动过程中所受的最大应力、应变等,得到了齿根处最大弯曲应力,

进行了齿根弯曲强度校核。

1直齿圆柱齿轮几何实体模型的建立

由于ANSYS有限元分析软件几何建模功能的限制,采用UG NX6.0建立直齿渐开线圆柱齿轮实体模型。鉴于渐开线轮齿的复杂性,本文采用了UG NX6.0的齿轮插件来绘制齿轮。输入想要绘制的齿轮参数(模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶系系数、齿轮厚度、齿轮孔直径),如图1所示,就可生成齿轮几何模型,完成建模,为了便于分析,提高运算效率,通过实体修剪,取三齿几何模型进行分析,将其保存为.prt文件格式。

本文所要分析的齿轮参数如下:齿轮转速n=1460r/min,传动功率P=50kW,模数m=4,齿轮齿数z=19,压力角α=20°,齿轮厚度34mm。

2数据传递

在UG 6.0中创建的保存为.prt文件格式的几何模型,ANSYS软件可以自动识别和导入.prt三维实体数据格式,从而实现UG和ANSYS的数据传递,齿轮几何模型以体形式导入到ANSYS中。

3ANSYS有限元分析

3.1 选择材料及网格单元划分

齿轮的材料为45钢,查其力学性能为弹性模量E=1.93×105MPa,泊松比=0.29,对齿轮模型用Solid92网格划分,Solid92是三维10节点四面体结构实体单元,在保证精度的同时允许使用不规则的形状,Solid92有相同的位移形状,适用于曲边界的建模。每个节点有三个自由度,同时Solid92有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变的功能。网格划分后的单元数是6997个,节点数为11407个。 3.2 约束条件和施加载荷 (1)约束条件。

本文是对齿轮采取静强度分析,将齿轮内孔固定,使其在x,y,z方向位移为0,绕 x,y和z轴的转动角度为0。 (2)施加载荷。

齿轮是靠外界输入转矩而转动的,轮齿在啮合时,沿啮合线作用在齿面上的法向载荷Fn垂直于齿面,对轮齿的加载,从安全性的角度出发,在齿顶圆的顶部施加法向载荷。为了加载方便,将法向载荷Fn在齿顶接触线上分解为两个相互垂直的分力,即圆周力Ft与径向力Fr,其计算公式为: T=9.55×106P/n Ft=2T/D Fr=Fttanα

式中:T为传递的转矩,N?mm;