结构-2d齿轮传动静力学分析

1、49?9 教学算例集2D 齿轮传动静力学分析-撰写：科技审核：校对：2021 年 8 月 26 日 Copyright目 录关键字：齿轮传动平面应力算例来源：1.摘要11.11.2问题描述1问题分析12.前处理22.12.22.32.42.5材料属性2几何模型2连接关系5网格划分6边界条件63.4.求解7后处理84.14.2查看变形8查看反作用力矩81.摘要齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛。齿轮齿条传动属于其中一类，在工厂自动化中具有广泛的应用，其具有承载力大，精度较高等优点。对于实际应用中齿轮齿条传动的设计需求，本文通过数值分析方法对其进行静力学分析。问题描述一个齿轮

2、和一个齿条啮合，根据设计需要齿条传递 2500N 的力，现要求得向齿轮传递多大的力矩值才能满足设计需求。齿轮和齿条的弹性模量均为 21011Pa，泊松比为 0.3。图1 几何模型问题分析由于该问题属于平面应力问题，因此只需要对该结构的 2D 模型进行分析。由于远端位移约束可以同时约束转动和平移，本例将对齿轮使用远端位移约束代替固定约束。2.前处理材料属性双击【Engineering Data】单元格，默认材料是钢材。使用默认钢材的属性即可。图2 材料属性材料设置完毕，菜单栏点击关闭【A2:Engineering Data】回到 Workbench 界面中。几何模型在【Geometry】单元格中

3、单击右键选择【Properties】，在弹出的框中选择【Advanced Geometry Options】-【ysis Type】-【2D】。图3几何体属性在【Geometry】单元格中点击右键选择【Import Geometry】-【Browse】，选择Gear_Set_2D.stp 文件。双击【Geometry】单元格打开几何体，如下图所示。图4 几何模型浏览模型之后点击关闭回到 Workbench 界面中。双击【M】单元格进入【Mechanical】中，在左侧树形窗口中选择【M面板中进行如下设置。(A4)】-【Geometry】，在细节图5 几何体设置选中gear 和rack 实体，在

4、细节面板中设置thickness 值为 12mm,如下图所示。图6几何体设置选中【M(A4)】单击右键【Remote Po】,如下图。图7远端点在中设置选择对象为边界，并在主窗口中选中gear 内孔边界，在远端点细节面板中【Scope】下【Geometry】右边下。框点击【Apply】,设置完成后结果如图8 远端点细节面板图9 创建远端点连接关系在左侧树形窗口中选择【M(A4)】-【Connections】可以发现 ANSYS 自动生成的接触对，此时需要对其进行修改，设置接触类型为【No Separation】如下图所示。图10 接触设置网格划分网格划分采用默认方式，网格划分结果如下图。图11

5、 网格结果边界条件在左侧树形窗口中选择【M(A4)】-【Sic Structural(A5)】单击右键选择【Insert】-【Remote Displacement】,选择【ScoMethod】-【Remote Po】, 选择【Remote Pos】-【Remote Po】,设置【X Component】,【Y Component】和【Roion Z】值为 0，完成后结果如下。图12 边界条件在左侧树形窗口中选择【M(A4)】-【Sic Structural(A5)】单击右键选择【Insert】-【Frictionles果如下。pport】,选中rack 的右边界，点击APPLY，设置完成结图

6、13 边界条件在左侧树形窗口中选择【M(A4)】-【Sic Structural(A5)】单击右键选择【Insert】-【Froce】,选中rack 的下边界，点击APPLY，选择【Define By】-【Components】，设置【Y Component】值为 2500N，设置完成后结果如下。图14 边界条件3.求解选择【M计算。(A4)】-【Sic Structural(A5)】单击右键选择【Solve(F5) 】进行图15 计算求解4.后处理查看变形使用【Sic Structural】的后处理模块查看应力。工程树下的【Total【Solution】,选择【Insert】-【Deformation】-【Total】,在工程树中Deformation】，选择【Evaluate All Result】，求解结果如下。图16 Total Deformation查看反作用力矩工程树下的【Solution】，选择【Insert】-【Probe】-【Moment Reaction】,在弹出的黄色选择框中选择【Remote Displacement】，Re