ANSYS齿轮建模课程设计专用.docx

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ANSYS齿轮建模课程设计专用

问题描述：

建立一对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合模型，两齿轮的尺寸一样，结构参数为模数m=6mm，齿数Z=28，齿宽B=14mm。

操作步骤：

采用自底向上方式建模的操作步骤如下。

1.定义工作文件名和工作标题

1）指定工作目录。

打开ANSYSProductLauncher，在SimulationEnvironment中选ANSYS，在License中选ANSYSLS-DYNA，在WorkingDirectory中指定工作目录，单击Run按钮，打开ANSYS。

2）定义工作文件名。

执行UtilityMenu>File>ChangeJobname命令，在弹出的对话框中输入“GEAR3-14”并选择【Yes】复选框，单击

按钮。

3）定义工作标题。

执行UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，在弹出的对话框中输入“TheGEAR3-14Model”，单击

按钮。

4）重新显示。

执行UtilityMenu>Plot>Replot命令。

2.显示工作平面

1）显示工作平面。

执行UtilityMenu>WorkPlane>DisplayWorkingPlane命令。

2）关闭三角坐标符号。

执行UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowOptions命令，弹出一个对话框，在【Locationoftriad】下拉列表框中选择“NotShown”选项，单击

按钮。

3）打开【OffsetWP】工具栏。

执行UtilityMenu>WorkPlane>OffsetWPbyIncrements命令。

3.生成齿面

1）在当前坐标系下生成关键点。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS命令，弹出【CreateKeypointsinActiveCoordinateSystem】对话框。

在【Keypointnumber】和【LocationinactiveCS】文本框中分别输入关键点的编号“1”及关键点的“X”、“Y”和“Z”坐标值“5.428，76.803，0”。

单击

按钮，生成第一个关键点，重复上述操作，依次输入“5.534，77.803，0”、“5.595，79.303，0”、“5.411，80.82，0”、“5.110，82.342，0”、“4.694，83.869，0”、“4.208，85.396，0”、“3.623，86.92，0”、“2.928，88.450，0”、“2.214，89.972，0”和“0，90.00，0”共11个关键点的编号及坐标值，最后生成结果如图1-1所示。

图1-1生成的点的结果

2）生成样条曲线。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Splines>SplinethruKPs命令，弹出一个拾取框。

依关键点的排列顺序拾取关键点1～10，单击

按钮，生成一条曲线，即齿轮的轮齿外轮廓线。

3）镜像生成另一边的轮廓线。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Reflect>Lines命令，弹出一个拾取框。

拾取样条线，单击

按钮，弹出如图1-2所示的【ReflectLines】对话框。

单击

按钮，生成结果如图1-3所示。

图1-2【ReflectLines】对话框

图1-3镜像生成的结果

4）生成齿顶圆的圆弧线。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>Through3KPs命令，弹出一个拾取框。

按顺序依次拾取编号为13﹑10﹑11的关键点，单击

按钮。

5）输入参数。

执行UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters命令，弹出【ScalarParameters】对话框。

在【Selection】文本框中输入“a=360/28”，单击

按钮，单击

按钮。

6）生成一个圆环面。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Circle>PartialAnnulus命令，弹出【PartAnnularCircArea】对话框。

如图1-4输入数据，生成结果如图1-5所示。

图1-4【PartAnnularCircArea】对话框

图1-5生成圆环面的结果

7）生成圆。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Arcs>FullCircle，弹出一个拾取框。

如图1-6【FullCircle】中输入“0，0，0”，单击

按钮。

弹出如图1-7【Note】提示框，单击

按钮。

在如图1-8【FullCircle】中输入“70”，单击

按钮，生成的结果如图1-9所示。

图1-7【Note】提示框

图1-6【FullCircle】拾取框图1-8【FullCircle】拾取框

图1-9生成的圆

8）分割圆环面。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Divide>AreaByLine命令，弹出一个拾取框。

拾取圆环面，单击

按钮。

又弹出一个拾取框，拾取整个圆，单击

按钮。

生成如图1-10的结果。

图1-10分割圆环面生成的结果

9）由关键点生成面。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>ThroughKPs命令，弹出一个拾取框。

依次拾取编号为1﹑10﹑13﹑12的关键点，单击

按钮。

10）面相加操作。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas命令，弹出一个拾取框。

拾取上面两个面，生成的结果如图1-11。

图1-11面相加后生成的结果

10）齿根倒圆角。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>LineFillet命令，弹出一个拾取框。

拾取齿根圆和齿面渐开线，单击

按钮。

弹出一个【LineFillet】对话框，如图1-12输入数据。

图1-12【LineFillet】对话框

11）由关键线生成面。

执行MainMenu>Preprocessor>ModelingCreate>Areas>Arbitrary>ByLines命令，弹出一个拾取框。

拾取齿根圆和齿面渐开线，以及生成的圆角线，单击

按钮。

12）面相加操作。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas命令，弹出一个拾取框。

拾取齿面以及两个倒角面，生成的结果如图1-13所示。

图1-13倒角后生成的齿廓形状

13）改变当前坐标系为柱坐标系。

执行UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical命令。

14）复制生成整个齿圈。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Areas命令，弹出一个拾取框。

单击

按钮，弹出如图1-14所示的【CopyAreas】对话框，在【Numberofcopies】文本框中输入复制生成的个数28，在【Y-offsetinactiveCS】文本框中输入角度“a”。

单击

按钮，生成结果如图1-15所示。

图1-14【CopyAreas】对话框

图1-15复制生成的整个齿圈

15）改变当前坐标系为直角坐标系。

执行UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCartesian命令。

16）复制并平移生成另一个齿轮。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Areas命令，弹出一个拾取框。

单击

按钮，弹出如图1-14所示的【CopyAreas】对话框，在【Numberofcopies】文本框中输入复制生成的个数2，在【X-offsetinactiveCS】文本框中输入距离“168”。

单击

按钮，生成结果如图1-16所示。

图1-16复制产生的另一个齿轮

17）改变当前坐标系为柱坐标系。

执行UtilityMenu>WorkPlane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical命令。

18）旋转齿轮，使两齿轮啮合。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>Areas>Areas命令，弹出一个拾取框。

拾取左边的整个齿圈，

单击

按钮。

弹出如图1-17所示的【MoveAreas】对话框，在【Y-offsetinactiveCS】文本框中输入角度“a/2”,单击

按钮。

生成的结果如图1-18所示。

图1-17【MoveAreas】对话框

图1-18旋转齿轮后，两齿轮的啮合的结果

4.根据计算要求，修改模型。

由于考虑到计算量的大小，我们不研究整个齿的受载情况。

我们只需研究一个齿在其完整啮合的一个周期内的情况。

我们拿出三个齿进行研究。

这样就需要对模型进行修改。

1）删除多余的面。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Delete>AreaandBelow命令，弹出一个拾取框。

每个齿留下啮合的三个齿，单击

按钮。

生成的结果如图1-19所示。

图1-19简化后的模型

2）面相加操作。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Areas命令，弹出一个拾取框。

分别拾取齿面和齿圈，生成的结果如图1-20所示。

图1-20面相加后生成的模型

3）拉伸生成体模型。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Extrude>Areas>AlongNormal命令，弹出一个拾取框。

选取一个面积，单击

按钮，弹出【ExtrudeAreaalongNormal】对话框，如图1-21在【DistLengthofextrusion】文本框中输入拉伸的厚度14，生成的结果如图1-22所示。

图1-21【ExtrudeAreaalongNormal】对话框

图1-22拉伸厚生成的模型

4）把拉伸后的模型粘连在一起。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Glue>Volumes命令，弹出一个拾取框。

分别拾取各个齿轮的齿面和齿圈，将他们站连在一起。

5）缩放模型。

考虑到ANSYS中的单位制，决定把模型的单位变为米制，现在需要把模型缩小1000倍。

执行MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Scale>Volumes命令，弹出一个拾取框。

单击

按钮，弹出【ScaleVolumes】对话框，如图1-23所示。

在【RX,RY,RZScalefactors-】文本框中分别输入“0.001”,“0.001”,“0.001”，在【IMOVEExistingareaswillbe】复选框中选“Moved”,单击

按钮。

图1-23【ScaleVolumes】对话框

5.设置参数

1）选择单元类型。

执行MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，弹出【ElementType】对话框。

单击

按钮，弹出【LibraryofElementType】对话框，分别选择“LS-DYNAExplicit”和“3DSolid164”选项，单击

按钮。

单击

按钮，完成单元类型的设置。

2）设置材料的参数。

执行MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】对话框。

分别选择“LS-DYNA”﹑“Linear”﹑“Elastic”和“Isotropic”,弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】对话框，在【DENS】文本框中输入“7830”，在【EX】文本框中输入“2.1e11”，在【NUXY】文本框中输入“0.28”。

单击

按钮，生成材料1的参数。

在【DefineMaterialModelBehavior】对话框中，执行Eidt>Copy,弹出【CopyMaterialModel】对话框。

单击

按钮，生成材料2的参数。

在【DefineMaterialModelBehavior】对话框中，执行Material>NewModel,弹出【DefineMaterialID】对话框，单击

按钮。

分别选择“LS-DYNA”﹑“RigidMaterial”,弹出【RigidPropertiesforMaterialNumber3】对话框。

在【DENS】文本框中输入“7830”，在【EX】文本框中输入“2.1e11”，在【NUXY】文本框中输入“0.28”。

在【TranslationalConstraintParameter】复选框中选“Alldisps.”,在【RotatianalConstraintParameter】复选框中选“XandYrotate”。

单击

按钮，生成材料3的参数。

在【DefineMaterialModelBehavior】对话框中，执行Eidt>Copy,弹出【CopyMaterialModel】对话框。

单击

按钮，生成材料4的参数。

关闭【DefineMaterialModelBehavior】对话框，完成参数设置。

6.划分网格

1）设定各部分的材料号。

执行MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令，弹出【MeshTool】对话框。

在【ElementAttribute】复选框中选“Volume”,单击

按钮，弹出【VolumeAttribute】拾取框。

拾取最左边的体积，弹出【VolumeAttribute】对话框，在【MATMaterialnumber】复选框中选“3”，单击

按钮，如图1-24所示。

依照步骤，分别给其他的体积设置材料号，从左至右为：

“1”、“2”、“4”。

图1-24【VolumeAttribute】对话框

2）画网格。

执行MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool命令，弹出【MeshTool】对话框。

在【Shape】复选框中分别选择“Hex”和“Sweep”,单击

按钮。

弹出【VolumeSweeping】拾取框，单击

按钮。

如图1-25所示，画完网格后的结果。

图1-25画完网格后生成的结果

7.加载荷及约束

1）定义加载时间以及载荷的大小。

执行UtilityMenu>Parameters>ArrayParameters>Define/Edit命令，弹出【ArrayParameters】，单击

按钮。

弹出【AddNewArrayParameter】对话框，如图1-26所示。

在文本框【ParParametername】中输入“time”，单击

按钮。

在【ArrayParameters】中，单击

按钮，弹出【ArrayParameterTIME】对话框。

在【1】文本框中输入“0”,在【2】文本框中输入“0.0025”。

如图1-27所示，执行File>Apply/Quit。

依次建立一个正力矩“torque”,一个负力矩“torque2”,一个转速“velocity”的参数。

大小分别为“456”，“-456”和“94.2”。

由于在整个过程中，力矩和转速一直存在，在文本框的【1】和【2】中输入的数值应该一样。

图1-26【AddNewArrayParameter】对话框

图1-27【ArrayParameterTIME】对话框

2）加载坐标系。

整个过程需要两个加载坐标系，一个是整体直角坐标系，需要加一个转矩和转速；还有一个是加另一个转矩的坐标系，需要预先定义。

在输入窗口，输入如下的命令：

EDLCS,ADD,10,0.180,0,0,0.180,0.10,0,0.168,0,0。

那么坐标系“10”，为加载坐标系。

3）生成部件（Parts）。

执行MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>

PartsOptions命令，弹出【PartsDataWrittenforLS-DYNA】对话框，单击

按钮。

弹出【EDPARTCommand】显示框，可以看到每个部件划分网格的数量。

如图1-28所示。

图1-28显示部件的网格数量

4）定义接触面。

执行MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>Contact>DefineContact命令，弹出【ContactParameterDefinitions】对话框。

在【ContactType】复选框中，依次选“SurfacetoSurf”,“Automatic（ASTS）”,在【StaticFrictionCoefficient】文本框中填“0.2”，在【DynamicFrictionCoefficient】文本框中填“0.1”。

如图1-29所示，单击

按钮。

弹出【ContactOptions】对话框，在【ContactComponentorPartno.】复选框中选“1”，在【TargetComponentorPartno.】复选框中选“2”,如图1-30所示。

完成接触面的定义。

图1-29【ContactParameterDefinitions】对话框

图1-30【ContactOptions】对话框

5）定义载荷。

执行MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>LoadingOptions>SpecifyLoads命令，弹出【SpecifyLoadsforLS-DYNAExplicit】对话框。

在【LoadLabels】复选框中选“RBMZ”，在【CoordinateSystem/SurfaceKey】文本框中填“0”，在【ComponentnameorPARTnumber】复选框中选“3”,在【Parameternameforvalues】复选框中选“TIME”，在【Parameterdataforvalues】复选框中选“TORQUE”。

单击

按钮，完成对转矩的定义。

如图1-31所示。

同理，对另外的转矩和转速定义，参数如下：

“RBMZ，10,4，TIME，TORQUE2,”和“RBOZ,0,3,TIME,VELOCITY”。

完成对所有载荷的定义。

6）查看载荷。

执行MainMenu>Preprocessor>LS-DYNAOptions>LoadingOptions>PlotLoadCurve命令，生成的结果如图1-32所示。

图1-31【SpecifyLoadsforLS-DYNAExplicit】对话框

图1-32查看所加的载荷

8.LS-DYNA的显示分析求解。

1）设定LS-DYNA的计算终止条件。

执行MianMenu>Solution>TimeControls>SolutionTime命令，弹出【SolutionTimeforLS-DYNAExplicit】对话框。

在【TerminateatTime】文本框填“0.0025”，单击

按钮。

2）计算过程中文件的输出控制。

执行MianMenu>Solution>OutputControls>OutputFileTypes命令，弹出【SpecifyOutputFileTypesforLS-DYNASolver】对话框。

在【Produceoutputfor】复选框中选“ANSYSandLS-DYNA”,单击

按钮。

3）计算过程中执行MianMenu>Solution>OutputControls>FileOutputFreq>NumberofSteps命令，弹出【SpecifyFileOutputFrequency】对话框。

在【EDHTIME】中的“1000”，改为“100”，单击

按钮。

4）执行UtilityMenu>Select>Everything命令。

5）执行MianMenu>Solution>Solve命令，将出现/STATUSCommand窗口，此窗口中列出了模型的相关信息供用户检查核实。

关闭此窗口后将弹出如图1-33和图1-34所示的对话框。

确定模型信息以及求解选项设置无误后，单击

以及

按钮，即可开始正式的计算过程。

图1-33载荷步确认对话框

图1-34模型信息核实对话框

图1-35计算过程中的实时统计信息