【干货】ANSYS Workbench齿轮瞬态动力学仿真

2017-12-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

一些CAE朋友经常问到齿轮的动力学仿真,在这里通过一篇博文说明基于ANSYS Workbench齿轮的瞬态动力学仿真的分析思路和具体步骤。

1.问题描述

如下图所示为斜齿轮装配体,分析齿轮啮合过程中的力学属性。其中,左边主动轮施加转速,其值为60rpm;右边从动轮施加转矩,其值10N·M。

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2.分析思路

(1)由于是动力学分析,这里选择瞬态动力学分析模块;

(2)两个齿轮的啮合面存在相对运动的接触,使用摩擦接触;

(3)两个齿轮需要转动,通过转动副实现;

(4)转速和扭矩载荷都通过转动副载荷(Joint Load)实现。

3.分析步骤

(1)创建瞬态动力学分析模块,设置材料属性,这里就用默认的结构钢,导入几何模型;

(2)赋予材料属性,保持默认的结构钢;

(3)设置接触。如下图所示,接触面选择所有的主动轮啮合面,目标面选择所有的从动轮啮合面,设置接触关系为摩擦接触,摩擦系数设置为0.2。

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提示:由于选择的面太多,直接点击选取比较麻烦,这里提供一个较为简单的方法就是通过工具栏中的框选按钮(Box Select),比如说要选择主动轮上的接触面,可以先将从动轮隐藏,然后通过Box Select选取主动轮所有的面,然后按着Ctrl键通过点击鼠标左键反选不需要的面;从动轮的接触面亦是如此。

注意:对于齿轮分析来说,一定要检查接触是否有干涉。

(4)创建转动副连接关系。选中模型树上的Connections,然后在工具栏中的Body-Ground中的Revolute,即转动副,然后选取齿轮的内表面,软件将自动识别旋转中心。分别创建两个转动副。

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(5)划分网格,网格使用默认的自动划分方式。

(6)求解设置,设置求解时间为1s,设置初始子步为10,最小子步为10,最大子步为1000。

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(7)载荷设置。设置转动副载荷,主动轮转动副载荷设置为转速;从动轮转动副载荷设置为转矩,分别如下图所示。

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(8)计算求解。

提示:如果不收敛,可以通过调试网格质量,调试接触算法,或者增加一个时间较短的分析步,该分析步用于转速从0rpm斜坡加速到600rpm,而不是阶跃加载,这样利于收敛。

(9)求解完成之后即可查看结果,等效应力如下图所示。也可以通过接触工具查看接触压力云图等。

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4.总结

ANSYS Workbench对齿轮进行动力学仿真是非常方便,包括接触的设置、转动副的设置等都非常方便。如果计算不收敛时,主要通过调试网格质量、接触算法、载荷施加的方式等;再者就是装配体模型一定不要有干涉。还有就是由于齿轮的瞬态动力学计算量较大,可以仿真转动两三个齿即可,为提高计算的准确性,可以将这两三个齿进行网格局部加密,以便更加接近真实解。

本文源于/宋博士的博客

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