齿轮啮合瞬态动力学分析在ANSYS Workbench中的深入

齿轮传动是机械系统传动方式中应用最为广泛的一种，今天给介绍一下如何利用workbench实现齿轮啮合的瞬态动力学分析。

有限元分析流程分为3大步、3小步，

如下图所示

今天将以这种方式介绍使用workbench实现齿轮啮合的分析流程。

图1 有限元分析流程

01 前处理

本文几何模型在SolidWorks中创建，并导入workbench中，如图所示

图2 齿轮对几何模型

1.2 材料定义

材料选用结构钢：密度：7850kg/m3，杨氏模量：2.1e11Pa，泊松比：0.3

1.3 有限元模型的构建

有限元模型的构建包括材料赋予、网格划分以及连接关系的构建

1.3.1 材料赋予

双击瞬态动力学分析流程中的Model，进入Mechanical界面，单击项目树Geometry下的两个零件，左下角细节框中，Material处指派steel材料。

1.3.2 网格划分

为便于分析及收敛，对网格进行一个简单的控制：首先在左侧项目树Mesh处插入一个method，选中两个齿轮，划分方法为MultiZone；然后插入两个Size，对几个参与啮合的齿面进行尺寸控制，得到了如图所示的网格模型。

图3 网格模型

1.3.3 连接关系的构建

连接关系包括两部分：接触和运动副，运动副可以实现齿轮的转动，接触可以实现齿轮的传力。由于workbench会自动创建向邻近位置之间的接触，但默认接触为绑定接触，不符合实际情况，故直接删除，后续手动创建相应接触。

首先在左侧项目树Connections下插入一个Frictional contact，接触面选择其中一个齿轮参与接触的几个齿面，目标面选择另一个齿轮参与接触的几个齿面。摩擦系数为0.15，Normal Stiffness为1，Update Stiffness为Each iteration，Time Step Controls为Automatic Bisection。由于模型初始间隙较大，故可将Interface Treatment设置为 Adjust to Touch。