ANSYS Workbench齿轮齿条啮合瞬态动力学仿真

今介绍一下如何利用workbench实现齿轮齿条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workbench齿轮齿条啮合分析的流程。

   图1 有限元分析流程
 

01 前处理

1.1 几何模型的构建

本文几何模型导入workbench中，如图所示。

   图2 齿轮齿条几何模型
 

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，单击项目树几何结构下的两个零件，左下角细节框中，材料处指派材料为new（刚刚设定的材料）。

1.3.2 网格划分

左侧项目树网格处插入一个方法，选中两个零件，划分方法为四面体；然后插入两个尺寸调整，对所有齿面进行尺寸控制，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

删除系统自动生成的初始接触，手动创建相应接触和连接副。

首先在左侧项目树连接下插入一个摩擦接触：接触面选择齿轮齿面，目标面选择齿条齿面，摩擦系数为0.15。然后在左侧项目树连接中插入一个回转，回转面选择齿轮内表面，一个平移，平移旋转齿条下表面。

   图4 连接关系设定
 

02 求解

2.1 载荷步的设置

单击项目树下的分析设置，将载荷步控制中定义依据设置为子步，初始子步为25，最小子步为为20，最大子步为250。同时需要注意，将大绕曲打开。

2.2 载荷设置

添加连接副载荷，连接副选择：回转-接地至01-chilun，类型为旋转速度，大小为0.1rad/s。

2.3 约束设置

由于本文以添加运动副，运动副已为模型添加必要的约束，因此此处不需要再添加约束。

03 后处理

3.1 位移结果

   图5 位移云图
 

3.2 应力结果

   图6 应力云图

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