【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真

2017-12-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一些CAE朋友經(jīng)常問到齒輪的動(dòng)力學(xué)仿真,在這里通過一篇博文說明基于ANSYS Workbench齒輪的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真的分析思路和具體步驟。

1.問題描述

如下圖所示為斜齒輪裝配體,分析齒輪嚙合過程中的力學(xué)屬性。其中,左邊主動(dòng)輪施加轉(zhuǎn)速,其值為60rpm;右邊從動(dòng)輪施加轉(zhuǎn)矩,其值10N·M。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片1

2.分析思路

(1)由于是動(dòng)力學(xué)分析,這里選擇瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析模塊;

(2)兩個(gè)齒輪的嚙合面存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸,使用摩擦接觸;

(3)兩個(gè)齒輪需要轉(zhuǎn)動(dòng),通過轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn);

(4)轉(zhuǎn)速和扭矩載荷都通過轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷(Joint Load)實(shí)現(xiàn)。

3.分析步驟

(1)創(chuàng)建瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析模塊,設(shè)置材料屬性,這里就用默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼,導(dǎo)入幾何模型;

(2)賦予材料屬性,保持默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼;

(3)設(shè)置接觸。如下圖所示,接觸面選擇所有的主動(dòng)輪嚙合面,目標(biāo)面選擇所有的從動(dòng)輪嚙合面,設(shè)置接觸關(guān)系為摩擦接觸,摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片2

提示:由于選擇的面太多,直接點(diǎn)擊選取比較麻煩,這里提供一個(gè)較為簡(jiǎn)單的方法就是通過工具欄中的框選按鈕(Box Select),比如說要選擇主動(dòng)輪上的接觸面,可以先將從動(dòng)輪隱藏,然后通過Box Select選取主動(dòng)輪所有的面,然后按著Ctrl鍵通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵反選不需要的面;從動(dòng)輪的接觸面亦是如此。

注意:對(duì)于齒輪分析來說,一定要檢查接觸是否有干涉。

(4)創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副連接關(guān)系。選中模型樹上的Connections,然后在工具欄中的Body-Ground中的Revolute,即轉(zhuǎn)動(dòng)副,然后選取齒輪的內(nèi)表面,軟件將自動(dòng)識(shí)別旋轉(zhuǎn)中心。分別創(chuàng)建兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片3

(5)劃分網(wǎng)格,網(wǎng)格使用默認(rèn)的自動(dòng)劃分方式。

(6)求解設(shè)置,設(shè)置求解時(shí)間為1s,設(shè)置初始子步為10,最小子步為10,最大子步為1000。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片4

(7)載荷設(shè)置。設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷設(shè)置為轉(zhuǎn)速;從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷設(shè)置為轉(zhuǎn)矩,分別如下圖所示。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片5

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片6

(8)計(jì)算求解。

提示:如果不收斂,可以通過調(diào)試網(wǎng)格質(zhì)量,調(diào)試接觸算法,或者增加一個(gè)時(shí)間較短的分析步,該分析步用于轉(zhuǎn)速從0rpm斜坡加速到600rpm,而不是階躍加載,這樣利于收斂。

(9)求解完成之后即可查看結(jié)果,等效應(yīng)力如下圖所示。也可以通過接觸工具查看接觸壓力云圖等。

【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真ansys仿真分析圖片7

4.總結(jié)

ANSYS Workbench對(duì)齒輪進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真是非常方便,包括接觸的設(shè)置、轉(zhuǎn)動(dòng)副的設(shè)置等都非常方便。如果計(jì)算不收斂時(shí),主要通過調(diào)試網(wǎng)格質(zhì)量、接觸算法、載荷施加的方式等;再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)計(jì)算量較大,可以仿真轉(zhuǎn)動(dòng)兩三個(gè)齒即可,為提高計(jì)算的準(zhǔn)確性,可以將這兩三個(gè)齒進(jìn)行網(wǎng)格局部加密,以便更加接近真實(shí)解。

本文源于/宋博士的博客

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才