基于Ansys Workbench渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析

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齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等优点而被广泛用于航天、船舶、汽车、机器人技术等领域。齿轮传动中齿轮轮齿通常会发生轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀等失效形式，这些失效导致传动性能减低甚至没有传动性能，从而引起重大事故，甚至造成生命危险。对于不同类型的齿轮其载荷受力点不同，如：1)高精度齿轮在受载时，齿根所受弯矩最大，齿根所受最大弯矩发生在轮齿啮合点处于单对齿啮合最高点；2)中等精度齿轮，由于制造误差，实际上齿顶处啮合的轮齿分担大部分载荷，为了计算方便，通常认为全部载荷作用在齿顶，这样计算出来的齿根弯曲强度会比实际的富裕，能够充足的保证齿根弯曲强度。

参数化设计可以大大提高建立模型的速度，在产品的系列设计、相似设计中使原本复杂繁重的设计工作变得简单快速，大大减少了设计人员的工作量。本文以典型的渐开线直齿圆柱齿轮为分析对象，通过 Pro/e进行参数化建模，运用 AnsysWorkbench进行分析计算，为类似齿轮的改进设计提供参考。

1 三维模型的建立及参数化过程Pro/e软件是 PTC公司研发的三维软件，最早引用了参数化设计理念，在 目前的三维造型软件领域占有着重要地位。运用 Pro/e软件，进行齿轮参数化设计，具体设计步骤如下(以直齿圆柱齿轮为例1：1)设置齿轮的基本参数。打开工具”-关系”命令，在对话框中选择局部参数”，设置齿根高、齿顶高、齿根圆直径、齿顶圆直径等参数值；2)添加关系式。同样在关系”对话框中添加关系式：dmz，dbdcos(angle)，dad2mha，df-d-2 (hac) m，d0df，dldb，d2 d，d3da；31创建标准直齿轮渐开线。此过程仍需要在关系”对话框中设置参数和添加关系式；4)创建齿廓曲线后，使用拉伸的方式创建齿顶圆实体，从而创建了第-个轮齿；51通过阵列或复制创建出其他轮齿，最后加- 些装饰结构，至此齿轮外形结构基本设计完成；61参数化。在主菜单中的编辑” 再生”对话框中的菜单管理器”中寻输入”，然后在INPUT SEL”对话框中选择参数”后输入新的参数即可。

本文所分析的齿轮额定功率 P-140 kW，转速 n735 r/min，齿数 z30，压力角 a20。，模数m5.5，公差等级为7。如果分析全部轮齿，划分的单元数非常多，影响计算速度，而圆柱齿轮每个轮齿受载情况几乎没有差别，所以为了加快计算速度只对-个轮齿进行分析。

2 Ansys Workbench有限元分析2.1 Pro/e模型导入Ansys Workbench软件Ansys Workbench是 ANSYS公司最新开发的CAD/CAE工具，它提供了统-的开发和管理CAE信息的工作环境，提供了具有易用性的高级功能。本文在采用 Pro/e软件对上述齿轮进行参数化建模后，通过Pro/e和Ansys Workbench数据接口导入 Ansys Workbench中进行分析计算。

2.2 划分网格有限元分析离不开网格划分，网格划分的好坏直接影响求解的准确度和求解速度，网格划分就是把求解域划分成合适数量的求解单元以求得精确的解。在Workbench中网格划分是-个独立的工作平台，通过 Mesh工具划分网格，它采用作者简介：李静(1987-)，女，硕士研究生 ，研究方向：清洁代用燃料发动机。