基于ANSYS WORKBENCH的齿轮接触应力分析.doc

基于ANSYS WORKBENCH的齿轮接触应力分析 蓝娆柳州市采埃孚机械有限公司柳州市采埃孚机械有限公司 式中，S为参数方程的参数,0°≤S≤90°;db为基圆直径；rad表示S角度换为弧度。 在UG参数化建模下的表达式为图1,建立两个齿轮接触对的模型如图2： 图1 齿轮参数化表达式 图2齿轮接触对模型 2.齿轮啮合有限元分析 2.1材料属性 大齿轮材料为45#钢，弹性模量E=209GPa，泊松比t=0.269;小齿轮材料为40Cr，弹性模量=211Gpa，泊松比t=0.277. 2.2 接触对建立 ANSYS Workbench支持三种接触方式：点 -点，点-面，面-面，每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。本文的齿轮接触采用面-面接触的方式进行。设置两对接触对，其中大齿轮为目标单元，小齿轮接触单元，摩擦系数为0.06，摩擦因子为1.05. 2.3约束及加载 约束大小齿轮的中心轴的轴线上的所有节点的Ux ，Uy ， Uz ，ROTx和 ROTy方向的自由度，使两个齿轮只能绕 z方向转动。同时由电机输入功率计算在小齿轮轴输入转矩100N·m。 2.4结果分析及对比 在完成材料属性设置、网格划分、接触对建立、约束和加载后，在有限元分析软件 ANSYS Workbench接触齿轮对啮合处应力分布图如图3： 图3 齿轮接触对应力分布图 有上图可知：齿轮最大接触应力出现在接触齿轮的齿根圆角处，最大值为97.114MPa。在齿轮啮合过程中，齿根圆角处是最容易发生断裂的地方，这也是齿轮的主要失效形式。根据参考文献[2] ,齿轮接触应力σH校核公式如下： （1） 公式中：ZH—区域系数（标准直齿轮=20°时，ZH =2.5）；ZE—弹性影响系数，单位为MPa1/2； θd—齿宽系数；K—载荷系数；T1—小齿轮传递的转矩，单位为N·mm;d1—小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，单位为mm；u—两齿轮的直径或齿数比； 由上述公式对齿轮的接触应力进行验算，求得最大接触应力为112.8M P a ，理论值的误差为16%,通过有限元建立的模型是比较准确的，常规齿根弯曲应力计算倾向于安全的考虑，偏于保守，而利用有限元计算的结果的更接近实际情况。 3 结论语 本文主要完成齿轮接触对的UG参数化建模，随后在有限元软件ANSYS Workbench进行仿真分析，计算出齿轮的接触应力，得到相关结论。设计人员无需对齿轮受力做大量的计算和研究，就可以基本掌握齿轮的受力和变形情况，进行强度细节分析,并可利用有限元计算结果,找出设计中的薄弱环节,进而达到对齿轮传动进行改进设计的目的.提高了工作效率，又节省了大量的人力物力。降低了成本，提高了生产效率。 参考文献 [1].程文冬，曹岩.直齿轮啮合疲劳强度的有限元仿真与失效分析【J】西安工业大学学报，2010（6）：239-242. [2].濮良贵，纪名刚 机械设计【M】北京：高等教育出版社，2001. [3].刘海娥，张思婉. 基于 A N S Y S的渐开线啮合齿轮有限元分析【J】机械制造与研究，2010，39（1）：28-29 [4].陈斌，尹明德。基于C ATI A 的直齿圆柱齿轮参数化建模与有限元模型【J】机械工程与自动化，2010（6）：69-70 蓝娆（1982- ），女，工艺师，柳州市采埃孚机械有限公司，研究方向：齿轮制造工艺