ANSYS齿轮建模.docx

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ANSYS齿轮建模

ANSYS齿轮如何建模（老师推荐,超级有用）,课程设计专用。

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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.定义工作文件名与工作标题

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】与【LocationinactiveCS】文本框中分别输入关键点的编号“1”及关键点的“X”、“Y”与“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”与“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。

拾取齿根圆与齿面渐开线,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。

拾取齿根圆与齿面渐开线,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。

分别拾取齿面与齿圈,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与齿圈,将她们站连在一起。

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”与“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”与“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,分别给其她的体积设置材料号,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”与“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”与“94、2”。

由于在整个过程中,力矩与转速一直存在,在文本框的【1】与【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,一个就是整体直角坐标系,需要加一个转矩与转速;还有一个就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,可以瞧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,对另外的转矩与转速定义,参数如下:

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

完成对所有载荷的定义。

6）查瞧载荷。

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查瞧所加的载荷

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>Output命令,弹出【SpecifyOutputforLS-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>Freq>NumberofSteps命令,弹出【SpecifyFrequency】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与图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

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