【干貨】ANSYS Workbench齒輪瞬態動力學仿真

2017-12-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一些CAE朋友經常問到齒輪的動力學仿真,在這里通過一篇博文說明基于ANSYS Workbench齒輪的瞬態動力學仿真的分析思路和具體步驟。

1.問題描述

如下圖所示為斜齒輪裝配體,分析齒輪嚙合過程中的力學屬性。其中,左邊主動輪施加轉速,其值為60rpm;右邊從動輪施加轉矩,其值10N·M。

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2.分析思路

(1)由于是動力學分析,這里選擇瞬態動力學分析模塊;

(2)兩個齒輪的嚙合面存在相對運動的接觸,使用摩擦接觸;

(3)兩個齒輪需要轉動,通過轉動副實現;

(4)轉速和扭矩載荷都通過轉動副載荷(Joint Load)實現。

3.分析步驟

(1)創建瞬態動力學分析模塊,設置材料屬性,這里就用默認的結構鋼,導入幾何模型;

(2)賦予材料屬性,保持默認的結構鋼;

(3)設置接觸。如下圖所示,接觸面選擇所有的主動輪嚙合面,目標面選擇所有的從動輪嚙合面,設置接觸關系為摩擦接觸,摩擦系數設置為0.2。

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提示:由于選擇的面太多,直接點擊選取比較麻煩,這里提供一個較為簡單的方法就是通過工具欄中的框選按鈕(Box Select),比如說要選擇主動輪上的接觸面,可以先將從動輪隱藏,然后通過Box Select選取主動輪所有的面,然后按著Ctrl鍵通過點擊鼠標左鍵反選不需要的面;從動輪的接觸面亦是如此。

注意:對于齒輪分析來說,一定要檢查接觸是否有干涉。

(4)創建轉動副連接關系。選中模型樹上的Connections,然后在工具欄中的Body-Ground中的Revolute,即轉動副,然后選取齒輪的內表面,軟件將自動識別旋轉中心。分別創建兩個轉動副。

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(5)劃分網格,網格使用默認的自動劃分方式。

(6)求解設置,設置求解時間為1s,設置初始子步為10,最小子步為10,最大子步為1000。

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(7)載荷設置。設置轉動副載荷,主動輪轉動副載荷設置為轉速;從動輪轉動副載荷設置為轉矩,分別如下圖所示。

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(8)計算求解。

提示:如果不收斂,可以通過調試網格質量,調試接觸算法,或者增加一個時間較短的分析步,該分析步用于轉速從0rpm斜坡加速到600rpm,而不是階躍加載,這樣利于收斂。

(9)求解完成之后即可查看結果,等效應力如下圖所示。也可以通過接觸工具查看接觸壓力云圖等。

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4.總結

ANSYS Workbench對齒輪進行動力學仿真是非常方便,包括接觸的設置、轉動副的設置等都非常方便。如果計算不收斂時,主要通過調試網格質量、接觸算法、載荷施加的方式等;再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態動力學計算量較大,可以仿真轉動兩三個齒即可,為提高計算的準確性,可以將這兩三個齒進行網格局部加密,以便更加接近真實解。

本文源于/宋博士的博客

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