ANSYS13.0齿轮建模

1、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 Environmen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 Jobnam命令，在弹出的对 话框中输入“ G

2、EAR3-14”并选择【Yes】复选框，单击 匚“丨按钮。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 Mode”，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【Locati

3、on of triadl下拉列表框中选择“Not Shown选项，单击一竺一按钮。3）打开【Offset WF】工具栏。执行 Utility Menu WorkPlane Offset WP byIn creme nts 命令。3. 生成齿面1）在当前坐标系下生成关键点。执行 Ma in Me nu Preprocessor Modeli ng Create Keypoints In Active CS令，弹出【Create Keypoints in Active Coordinate Systenr】对话框。在【Keypoint numbe】和【Location in active CS文本

4、框中分别输 入关键点的编号“ T及关键点的“ X ”、“丫”和“ Z”坐标值“ 5.428, 76.803,0”。单击 沁按钮，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, 82342, 0”、“ 4.694, 83869, 0”、“ 4.208, 85.396, 0”、“ 3.623, 86.92, 0”、AN隔T -! 2010 11:36:05 PL7T g 1“2928, 88.450, 0”、“2.214, 89.972, 0” 和 “0, 90.00, 0”

5、 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。pornsTVEE NLM11jo论Model图1-1生成的点的结果2）生成样条曲线。执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Spli nes Spl ine thru KP命令，弹出一个拾取框。依关键点的排列顺序拾取关键点110,单击一一按钮，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”丨按钮，弹出如图1-2所示的【R

6、eflect Lined对话框。单击一一按钮，生成结果如图1-3所示。Reflect LinesLSYMM Reflect Line?Ncomp Plane of symrnetrypT tiarr ti wnnarmair rran rrwti 11 im-i| ( p Preprocessor Modeling Create Li nes Arcs Through 3 KF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 L_l按钮。5）输入参数。执行 Utility Menu Parameters Scalar Paramet命令，弹出【Scalar Parame

7、tels对话框。在【Selectiori 文本框中输入“ a = 360/28 ,单击按钮；单击匹按钮，6）生成一个圆环面。执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circle Partial Annulus命令，弹出【Part Annular Circ Area 对话框。如图 1-4输入数据，生成结果如图1-5所示。八 Part Annvilar Circ AreaB PickUnpickWP K=V=Global K =V =Z =WP XWF Y65Thet a-190-/2ftad-2?Theta-290-a/2OKflpplyK

8、eetC-ance 1|Help图 1-4Part Annular Circ Area 对话框r17irE NUt-1ANtKY 26 2010 15:06:06 PLOT NO. 1GEKR3-14 htodel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 击伫丨按钮。弹出如图1-7 Note提示框，单击 曲 按钮。在如图 1-8 Full Circle中输入“70”，单击肚丨按钮，生成的结

9、果如图1-9所 示。A MotePick more points ar Cancel! Close jEmii im ji ui iiaiibjii图1-7 Note提示框图1-6【Full Circle拾取框FFull Circle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 Boolea ns Divide Area By Li ne命令，弹出一个拾取框。拾取圆环面，单击_2L_I按钮。又弹出一个拾取框，拾取整个圆，单击丄按钮。生成 如图1-10的结果。luiel: -iANMA

10、Y 26L6:52:4Tfitt g i论Mode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 KP命令，弹出一个拾取框。依次拾取编 号为1、10、13、12的关键点，单击丄一1按钮。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。The GEAF13-14 MedelANMrtY 2F PIJ 17:1

11、0:55 g 1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 LineFillet命令，弹出一个拾取框。拾取齿根圆和齿面渐开线，单击 EiI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 Preprocessor ModelingCreate 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，单击用丨按钮。12) 面相加操作

12、。执行 M ain Menu Preprocessor Modeling Operate Boolea ns Add Areas 命令，弹出一个拾取框。拾取齿面以及13) 改变当前坐标系为柱坐标系。执行Utility Menu WorkPlane Change Active CS to Global Cyli ndrical 命令。14) 复制生成整个齿圈。执行 Ma in Me nu Preprocessor Modeli ng 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

13、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OK图1-14【Copy Areas对话框TYPE LJU4AN陝丫 2- :DID 14:19:29 PLOT 盹 1The GEAF-14 Model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 ChangeActive CS to Global Cartesia n命令。16）复制并平移生成另一个齿轮。执行 Ma in Menu Preprocessor Modeling Copy Areas

14、 命令，弹出一个拾取框。单击！ I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。单击丨按钮，生成结果如图1-16所示。ANTYFE HFRY 27 201014:42：: 50 fWT NO.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 ChangeActive CS to Global Cyli ndrical命令。18）旋转齿轮，使两齿轮啮合。执行 Main Menu P

15、reprocessor 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 ” ,单击小丨按钮.。生成的结果如图1-18所示。Move AreasAGEN Move AreasDXiri active CSDVV-offset in a Preprocessor Modeli ng Delete Areaand Below命令，弹出一个拾取框。每个齿留下啮合的三个齿，单击 _巴 钮。生成的结果如

16、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。1T.HANnfvt r.7 ?dio 16:32:49 PLOT NO* 1护 GHAF.3-1 4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 Areas Alo ng Normal 命令，弹出一个拾取框。选取一个面积，单 击一-一按钮，

17、弹出【Extrude Area along Normal】对话框，如图1-21在【Dist Len gth of extrusio n 】文本框中输入拉伸的厚度14，生成的结果如图1-22所示A. Extrude Area Jong NormalVOFFSF Extruder Area along Nornndl MAREA Ares tQ bu KtruddDIST Length of ejctrusionK1NC keypoint IncrementCancel图 1-21Extrude Area along Normal 】对话框AN冋 27 201016:49:00PLOT NO, 1

18、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。考虑到ANSY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 TSicV AllScale 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,RZ Scale fact

19、ors -】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 ,单击一一按钮。图1-23【Scale Volumes】对话框5. 设置参数1）选择单元类型。执行 Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete 命令，弹出【Element Type】对话框。单击一一按钮，弹 出【Library of Element Type 】对话框，分别选择“ LS-DYNA Explicit ”和“ 3D Solid 164 ”选项，

20、单击_按钮。单击 一按钮，完成单元类 型的设置。2）设置材料的参数。执行 Ma in Menu Preprocessor Material Props Material Models 命令，弹出【Define Material Model Behavior 】对话框。分 别选择“ LS-DYNA、“ Li near ”、“ Elastic ”和“ Isotropic ” ,弹出【Lin ear Isotropic Properties for Material Number 1】对话框，在【DEN】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“

21、 0.28 ”。单击二_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OK I【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,弹出【Define Material ID】对话框，单击I按钮。分别选择“LS-DYN”、“ Rigid Material ” ,弹出【Rigid Properties for MaterialNumber別对话框。在【DENS文本框中输

22、入“ 7830,在【EXI文本框中输入 “2.1e11”，在【NUXY 文本框中输入“ 0.28”。在【TranslationalConstraint Parameter 】复选框中选“ All disps. ” ,在【RotatianalConstraint Parameter 】复选框中选“ X and Y rotate ”。单击按钮，生成材料3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I按钮.，生成材料4的参数。关闭【Defi ne Material Mode

23、l 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【MeshToo】对话框。在【Element Attribute】复选框中选 “Volume ,单击I 黑按钮，弹出【Volume Attribute】拾取框。拾取最左边 的体积，弹出【Volume Attribute】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”。Volume Attr

24、ibuteApplyCancelHelp IMAT Material numb&rREAL Re-a 1 constantnumberNone deflredTTYPE Element tpe number1 SOUD154wESYS Element coordinate 5y50*VA I IJ Assign Attributes to Picked Volurnes图 1-24【Volume Attribute 】对话框2）画网格。执行 Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool 命令，弹出【MeshToo】对话框。在【Shapd复选框中分别选择“ He

25、X和“ Sweep ,单击5weep按钮。弹出【Volume SweepinQ拾取框，单击丄丨按钮。如图1-25所示，画完网格后的结果二一冋 son 16:40:06 PLOT g 1iL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Utility Menu Parameters ArrayParameters Define/Edit 命令，弹出【Array Parameters 】，单击“-二“i 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 ”，

26、单击按钮。在【ArrayParameters】中，单击一按钮，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“ torque ” , 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。/ Add New Arrsy Parameter*D1miPar Parameter rram

27、etimeType Parameter type* ArrayC Tabler Ch口ratter ArrayUX No. of rcws, co Is, planes211For Type-TABILE only:Vari Row VariableVar2 Column VariableVar3 Plane VariableOKApplyCancelHelp图 1-26【Add New Array Parameter 】对话框图 1-27Array 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

28、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 Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options OKParts Options 命令，弹出【Parts Data Written for LS-DYNA 】对话框，单击按钮。弹出【EDPART Comm】r显示框，可以看到每个部件划分网格的数量。如图1-28所示EDPART ComnriandFileThe PART list has bee

29、n createdLIST ALL SELECTED PARTSPARTS FOR ANSVS LS-DNAUSEP： usedin number ofsclectde LemertCs；PftRTHATTYFEREALUSED111169522211705133114411660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 Co ntact Defi ne Con tact命令，弹出【Co ntact Parameter Defi ni tio ns】对话框。在【Contact Type】复选框中，依次选“

30、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【ContactComponent or Part no.】 复选框中选 “ 1”，在【Target Component or Partno.】复选框中选“ 2” ,如图1-30所示。完成接触面的定义。图 1-29【Co ntact Parameter Defi nitio

31、ns】对话框A 匚ontact OptionsC&ntart and Target DefinitionsContdct Cornponerit or Part no.Target Componerrt c?r Part na.OK |ApplyHelp图1-30【Contact Options】对话框5）定义载荷。执行 Main Menu Preprocessor LS-DYNA Options LoadingOptions Specify Loads 命令，弹出【Specify Loads for LS-DYNAExplicit】对话框。在【Load Labels】复选框中选“ RBM”，

32、在【CoordinateSystem /Surface Key 】文本框中填“ 0”，在【Component name or PART numbe】 复选框中选 “3” , 在 Parameter name 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,O,3,TIME,VELOClTY。完成对所有载荷的定义。6）查 看载荷。执行 Main Menu Pr

33、eprocessor LS-DYNA Options LoadingOptions Plot Load Curve 命令，生成的结果如图1-32所示。EDLOAO Leading Options far LS-DYWA ExplicitJlLoad OptioniAdd Lq呂dwA Specify Loadi forLS-DYNA ExplicitLoad LabelsRBFZRBMXRSMYRBMZRBOXRBOYRBOZ 1 = TEMP 二RBMZCoordinate sytem/Surfa ce KeyQCornp&risnt name or PART number:Paramete

34、r name for time values:Parameter name for data values:3TIME樺TORQUEgAnalysis type for load curves:C* Transient onlyC Dynamic relaxTraris and DynmnnTo use an esisting lod curve:Lmd curve IDScale facier for Icjd curueBTtME Birth time-Activate imposeOKApply图 1-31Specify Loads for LS-DYNA Explicit 】对话框A

35、EDLDAD Command：Fjl护List Explicit Djjrtainiics loading GcndiLtior： FoiLOADLAlt= ALL, LKEV= ALL# COrtPONEMf SP fl RT1B = ALLNun141 闿（1I-kRyGnmpT肿UAl*ieC D Hra le1KBMZ0PartID-32o.asaeeeoE es0.0000034S6.080B456.0986e09.002RDOZa3._ 20,2盹肿葩-因B.SOSBeBM.2M0Q903ttnnf.10=420.25MiHH0E-e2H图1-32查看所加的载荷8. LS-DYNA

36、勺显示分析求解1）设定 LS-DYNA勺计算终止条件。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”，单击一.按钮。2）计算过程中文件的输出控制。执行 Mian Menu Solution Output Controls Output 命令，弹出【Specify Output for LS-DYNA Solver 】对话框。在【Produce output for 】复选框中选“ ANSY

37、S and LS-DYNA 单击按钮。3）计算过程中执行 Mian Menu Solution Output Controls Freq Number ofSteps命令，弹出【Specify Frequency】对话框。在【EDHTIME中的qg“ 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 FAK= Ves I选项设置无误后，单击以及 按钮，即可开始正式的计算过程。/V匚urrent Load Ste