基于ANSYS的斜齒輪結(jié)構(gòu)有限元分析

Pro/E軟件是以參數(shù)化特征造型技術(shù)為核心的CAD/CAM/CAE軟件，該軟件具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)、NC加工、工程分析等多種功能；尤其是參數(shù)化設(shè)計(jì)及各模塊的無縫集成使產(chǎn)品設(shè)計(jì)與修改更方便，使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮短，使產(chǎn)品的成本大大地降低。公司的ANSYS軟件是最優(yōu)秀的工程分析軟件之一，其具有強(qiáng)大的有限元分析計(jì)算能力。本文是利用Pro/E與ANSYS軟件各自的優(yōu)點(diǎn)解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工程分析的案例。
圓柱斜齒輪是由輪緣、輪毅與輪輻三部分組成，其具體結(jié)構(gòu)取決于齒輪的大小，但最復(fù)雜的部分是輪緣。故本文斜齒輪的三維造型設(shè)計(jì)的思路是先生成初始參數(shù)化輪齒模型，然后繪制輪毅與輪輻模型，為了后續(xù)有限元網(wǎng)格的劃分在建模時(shí)輪緣與輪毅采用實(shí)體特征，輪輻采用薄殼特征。
利用基準(zhǔn)曲線功能中的方程曲線功能繪制斜齒的漸開線，曲線的坐標(biāo)系為笛卡爾坐標(biāo)系。
(1)創(chuàng)建嚙合點(diǎn)和基準(zhǔn)平而漸開線與分度圓的交點(diǎn)為嚙合點(diǎn)。
(2)創(chuàng)建參考平而創(chuàng)建過軸線與基準(zhǔn)平而夾角為90*Z的基準(zhǔn)平而為鏡像參考平而。
(3)創(chuàng)建鏡像漸開線創(chuàng)建漸開線鏡像特征，在草繪狀態(tài)下修剪齒槽齒廓，通過旋轉(zhuǎn)與平移建立齒輪中間與另一側(cè)的齒槽輪廓。
(4)創(chuàng)建齒槽特征利用平行混合切割特征創(chuàng)建第1個(gè)齒槽。
選擇齒槽特征單擊右鍵，在彈出的“快捷”選擇“陣列(Pattern)”陣列其余齒槽。最后注意添加陣列特征關(guān)系和陣列個(gè)數(shù)關(guān)系。
利用拉伸特征工具直接可以創(chuàng)建輪毅與輪輻特征，輪輻上的孔特征可以直接通過孔特征創(chuàng)建。
利用Pro/E中的Pro/MECHANICA模塊中的FEM模式生成斜齒輪的有限元模型，其具體步驟如下：
齒輪的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC48-55，彈性模量E=2.1x105 MPa，泊松比p=0.28，密度p=7.82 t/m，屈服強(qiáng)度800 MPa，抗拉強(qiáng)度1000 MPa。將該材料屬性添加給斜齒輪模型分別選擇輪毅而和鍵槽而添加約束，將圓柱斜齒輪的6個(gè)自由度全部約束。

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