ANSYS齿轮建模课程设计专用.docx

1、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ANSYS Product Launcher，在Simulation Environment中选ANSYS，在License中选ANSYS LS-DYNA，在Working Directory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Utility Menu File Change Jobname命令，在弹出的对

2、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Utility Menu File Change Title命令，在弹出的对话框中输入“The GEAR3-14 Model”，单击按钮。4） 重新显示。执行Utility Menu Plot Replot命令。2. 显示工作平面1） 显示工作平面。执行Utility Menu WorkPlane Display Working Plane 命令。2） 关闭三角坐标符号。执行Utility Menu PlotCtrls Window Controls Window Options 命令，弹出一个对话框，在【

3、Location of triad】下拉列表框中选择“Not Shown”选项，单击按钮。3） 打开【Offset WP】工具栏。执行Utility Menu WorkPlane Offset WP by Increments 命令。3. 生成齿面1）在当前坐标系下生成关键点。执行Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In Active CS命令，弹出【Create Keypoints in Active Coordinate System】对话框。在【Keypoint number】和【Location in active CS】文

4、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Main Menu

5、 Preprocessor Modeling Create Lines Splines Spline thru KPs命令，弹出一个拾取框。依关键点的排列顺序拾取关键点110，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Main Menu 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【Reflect Lines】对话框。单击按钮，生成结果如图1-3所示。图1-2 【Reflect Lines】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Main Menu

6、Preprocessor Modeling Create Lines Arcs Through 3 KPs命令，弹出一个拾取框。按顺序依次拾取编号为 131011的关键点，单击按钮。5） 输入参数。执行Utility Menu Parameters Scalar Parameters命令，弹出【Scalar Parameters】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Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle Partial Annulus命令，弹出【Par

7、t Annular Circ Area】对话框。如图1-4输入数据，生成结果如图1-5所示。图1-4 【Part Annular Circ Area】对话框图1-5 生成圆环面的结果7） 生成圆。执行Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Arcs Full Circle，弹出一个拾取框。如图1-6【Full Circle】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【Full Circle】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【Full Circ

8、le】拾取框 图1-8【Full Circle】拾取框图1-9 生成的圆8） 分割圆环面。执行M ain Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Divide Area By Line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M ain Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary Through KPs命令，弹出一个拾取框。依次拾取编号为1101312的关键点，单击按钮

9、。10）面相加操作。执行M ain Menu 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M ain Menu Preprocessor Modeling Create Lines Line Fillet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【Line Fillet】对话框，如图1-12输入数据。图1-12 【Line Fillet】对话框11) 由关键线生成面。执行Main Menu Preproces

10、sor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines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M ain Menu 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Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cylindrical命令。14）复制生成整个齿圈。

11、执行Main Menu 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【Copy Areas】对话框，在【Number of copies】文本框中输入复制生成的个数28，在【Y-offset in active CS】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 【Copy Areas】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Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cartesian命令。16）复制并平

12、移生成另一个齿轮。执行Main Menu 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【Copy Areas】对话框，在【Number of copies】文本框中输入复制生成的个数2，在【X-offset in active CS】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Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cylindrical命令。18）旋转齿轮，使两齿轮啮合。执

13、行Main Menu 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【Move Areas】对话框，在【Y-offset in active CS】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 【Move Areas】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。

14、1） 删除多余的面。执行Main Menu Preprocessor Modeling Delete Area and Below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M ain Menu 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M ain Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude

15、 Areas Along Normal命令，弹出一个拾取框。选取一个面积，单击按钮，弹出【Extrude Area along Normal】对话框，如图1-21在【Dist Length of extrusion 】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 【Extrude Area along Normal】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Main Menu 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。

16、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M ain Menu Preprocessor Modeling Operate Scale Volumes命令，弹出一个拾取框。单击按钮，弹出【Scale Volumes】对话框，如图1-23所示。在【RX,RY,RZ Scale factors - 】文本框中分别输入“0.001”,“0.001”,“0.001”，在【IMOVE Existing areas will be】复选框中选“Moved”, 单击按钮。图1-23 【Scale Volumes】对话框5. 设置参数1） 选择单元类型。执行Mai

17、n Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete命令，弹出【Element Type】对话框。单击按钮，弹出【Library of Element Type】对话框，分别选择“LS-DYNA Explicit”和 “3D Solid 164”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Main Menu Preprocessor Material Props Material Models命令，弹出【Define Material Model Behavior】对话框。分别选择“LS-DYNA”“Linear” “El

18、astic”和“Isotropic”,弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】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【Define Material Model Behavior】对话框中，执行Eidt Copy,弹出【Copy Material Model】对话框。单击按钮，生成材料2的参数。在【Define Material Model Behavior】对话框中，执行Material New Model,

19、弹出【Define Material ID】对话框，单击按钮。分别选择“LS-DYNA”“Rigid Material”,弹出【Rigid Properties for Material Number 3】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【Translational Constraint Parameter】复选框中选“All disps.”, 在【Rotatianal Constraint Parameter】复选框中选“X and Y rotate”。 单击按钮，生成材料3的参数。在【Defi

20、ne Material Model Behavior】对话框中，执行Eidt Copy,弹出【Copy Material Model】对话框。单击按钮，生成材料4的参数。关闭【Define Material Model Behavior】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Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool命令，弹出【MeshTool】对话框。在【Element Attribute】复选框中选“Volume”,单击按钮，弹出【Volume Attribute】拾取框。拾取最左边的体积，弹出【Volume Attribut

21、e】对话框，在【MAT Material number】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 【Volume Attribute】对话框2） 画网格。执行Main Menu 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【Volume Sweeping】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

22、载荷的大小。执行Utility Menu Parameters Array Parameters Define/Edit命令，弹出【Array Parameters】，单击按钮。弹出【Add New Array Parameter】对话框，如图1-26所示。在文本框【Par Parameter name】中输入“time”，单击按钮。在【Array Parameters】中，单击按钮，弹出【Array Parameter TIME】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“torqu

23、e”,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 【Add New Array Parameter】对话框 图1-27 【Array Parameter TIME】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。

24、那么坐标系“10”，为加载坐标系。3） 生成部件（Parts）。执行Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options Parts Options命令，弹出【Parts Data Written for LS-DYNA】对话框，单击按钮。弹出【EDPART Command】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Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options Contact Define Contact命令，弹出【Contact Parameter Definition

25、s】对话框。在【Contact Type】复选框中，依次选“Surface to Surf”, “Automatic(ASTS)”,在【Static Friction Coefficient】文本框中填 “0.2”，在【Dynamic Friction Coefficient】文本框中填 “0.1”。如图1-29所示，单击按钮。弹出【Contact Options】对话框，在【Contact Component or Part no.】复选框中选“1”，在【Target Component or Part no.】复选框中选“2”,如图1-30所示。完成接触面的定义。图1-29 【Contac

26、t Parameter Definitions】对话框图1-30 【Contact Options】对话框5） 定义载荷。执行Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options Loading Options Specify Loads命令，弹出【Specify Loads for LS-DYNA Explicit】对话框。在【Load Labels】复选框中选“RBMZ”，在【Coordinate System /Surface Key】文本框中填“0”，在【Component name or PART number】复选框中选 “3”,在【Parameter na

27、me for values】复选框中选“TIME”，在【Parameter data for values】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Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options Loading Options Plot Load Curve命令，生成的结果如图1-32所示。图1-31 【Specify Loads for LS-D

28、YNA Explicit】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Mian Menu Solution Time Controls Solution Time命令，弹出【Solution Time for LS-DYNA Explicit】对话框。在【Terminate at Time】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Mian Menu Solution Output Controls Output File Types命令，弹出【Specify Output File Types

29、for LS-DYNA Solver】对话框。在【Produce output for】复选框中选“ANSYS and LS-DYNA”, 单击按钮。3） 计算过程中执行Mian Menu Solution Output Controls File Output Freq Number of Steps命令，弹出【Specify File Output Frequency】对话框。在【EDHTIME】中的“1000”，改为“100”，单击按钮。4） 执行Utility Menu Select Everything命令。5） 执行Mian Menu Solution Solve命令，将出现/STATUS Command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