齒輪嚙合分析（網(wǎng)格劃分部分）

2017-04-26 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

齒輪嚙合問題算是接觸分析中比較麻煩的了,因此打算分成網(wǎng)格劃分-靜力分析-理論對比三個部分進(jìn)行說明。

問題說明
一對嚙合齒輪,小齒輪齒數(shù)20,大齒輪齒數(shù)30,材料均為鑄鋼(齒輪具體參數(shù)見下),大齒輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩為60000N.mm,試分析小齒輪穩(wěn)定轉(zhuǎn)動0.5弧度過程中的接觸應(yīng)力并與赫茲解進(jìn)行對比。

幾何模型

幾何模型采用gear trax齒輪插件進(jìn)行建模,具體尺寸如下,在solidworks中得到實體裝配模型

由于實體模型全齒分析計算量太大,因此整體簡化成帶有厚度的平面應(yīng)力問題。在solidworks中對每個齒輪在中面上進(jìn)行實體轉(zhuǎn)換,得到嚙合狀態(tài)下的二維齒輪模型,然后導(dǎo)出為step(其他通用格式也行)模型文件并由hypermesh進(jìn)行讀取。

幾何模型處理

由于齒輪屬于高度對稱模型,因此只需建立部分齒,然后進(jìn)行對稱與旋轉(zhuǎn)即可得到全齒模型。故將導(dǎo)入的齒輪分別進(jìn)行切割,刪除多余部分,得到以下用于劃分網(wǎng)格的模型(刪除前先通過geom-distance找到兩個齒輪的圓心用于后續(xù)的網(wǎng)格處理)

分別對上述半齒進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了得到質(zhì)量更好的網(wǎng)格,因此劃分之前先對齒面進(jìn)行切割,以方便全四邊形網(wǎng)格的劃分。由于最大應(yīng)力在齒面和齒根處,而中間應(yīng)力較小,因此需要對靠近齒面和齒根處的網(wǎng)格劃分得更密,內(nèi)部的網(wǎng)格可以適當(dāng)粗些以減少計算量。下面對一種切割方法進(jìn)行說明,總體來說還是比較合適的。

半齒網(wǎng)格劃分

這樣劃分很好保證周邊應(yīng)力網(wǎng)格質(zhì)量,但是內(nèi)部有些地方明顯長寬比就有點超標(biāo)了,但是由于這些地方并不會出現(xiàn)應(yīng)力集中等現(xiàn)象,而我們關(guān)注的也只是邊緣部分,因此就算質(zhì)量差一點也不影響精度,但是會降低很大的計算量。同樣的方法劃分另一個半齒。

網(wǎng)格擴展

由于需要分析旋轉(zhuǎn)0.5弧度(大概兩個齒)的應(yīng)力情況,因此將前面得到的部分網(wǎng)格進(jìn)行對稱與旋轉(zhuǎn)處理,得到三個齒的網(wǎng)格模型如下(記得合并一下接合處節(jié)點),如果需要模擬整個周期的轉(zhuǎn)動情況也可以獲得全齒輪,但是由于后面準(zhǔn)備將該分析當(dāng)成靜力分析處理,因此沒有必要轉(zhuǎn)動整周,只需要幾個齒的應(yīng)力情況即可。