CN105302991B - 一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法,涉及齿轮传动设计分析技术领域,其特征在于:包括如下步骤:步骤一、提取参数:综合分析影响渐开线圆柱斜齿轮机构工作的各项参数,进行整合分类,按类别提取齿轮几何参数、材料特性参数、载荷特性和有限元模型参数,并将上述参数按照表格形式进行编制;步骤二、在UG软件中建立参数化的齿轮三维模型:步骤三、在ANSYS软件中进行前处理;步骤四、在ANSYS软件中进行求解计算:进入求解模块,指定分析类型为静力学分析,设置总求解时间为1,求解步为100,求解器为PCG,求解完成后退出求解模块;步骤五、分析计算结果,判断是否需要修改参数后进行新的分析计算。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮传动设计分析技术领域,特别是涉及一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法。
背景技术
渐开线圆柱斜齿轮传动是机械传动中最为常见的形式之一,可以传递两平行轴间的运动和动力,具有啮合性好、传动平稳、重合度大和传递扭矩大等优点。渐开线圆柱斜齿轮设计的主要内容之一为力学强度校核计算,传统的校核计算仅能宏观掌握齿轮的安全系数,难以把握轮齿应力分布特点和变化规律,并且校核工作量极大,经常重复性的工作,费时费力,对人力成本造成极大的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法;该方法具有效率高、可靠性好的特点。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法,首先综合分析提取影响齿轮工作的各项基本参数,分别在UG软件和ANSYS软件中定义与齿轮各项基本参数相对应的参数表达式,并在UG中建立参数化的齿轮三维模型;接着将UG中建立的齿轮三维模型导入ANSYS软件中进行前处理和求解计算,并输出应力应变等相关的计算结果;分析计算结果是否满足设计要求,如果满足设计要求则本次设计完成,如果不满足设计要求,可以修改齿轮基本参数值重新进行建模分析计算,直到满足设计要求为止,具体包括如下步骤:
步骤一、提取参数:综合分析影响渐开线圆柱斜齿轮机构工作的各项参数,进行整合分类,按类别提取齿轮几何参数、材料特性参数、载荷特性参数和有限元模型参数,并将上述参数按照表格形式进行编制;
步骤二、在UG软件中建立参数化的齿轮三维模型:
在UG软件中创建参数表达式,该参数表达式与步骤1中提取的参数一一对应,运用GC工具箱在创建齿轮选项中指定齿轮类型、模数、齿数、齿宽、变位系数和压力角等几何参数,完成主动轮和从动轮的创建;在齿轮啮合选项中指定主动轮和从动轮完成齿轮的装配;分别在主动轮和从动轮上加入孔和键槽特征,完成渐开线圆柱斜齿轮三维模型的建立;
步骤三、在ANSYS软件中进行前处理:
在ANSYS中运用APDL语言编写参数化程序,完成三维模型的导入、指定单元类型、材料属性、划分网格、施加载荷、设定位移约束和设置接触前处理任务,具体步骤如下:
1)将步骤二中建立好的三维模型导入到ANSYS软件中;
2)选择单元类型为20节点的六面体单元Solid186,分别为主动轮和从动轮指定相应的杨氏模量、泊松比和密度,将单元大小设置为1,采用扫略形式将模型划分为六面体网格模型;
3)在主动轮中心孔圆心处创建11号局部柱坐标系,选择属于主动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为11号局部柱坐标系,同时给选中的所有的节点指定FY向的固定力,完成主动轮转矩的施加;
4)在从动轮中心孔圆心处创建12号局部柱坐标系,选择属于从动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为12号局部柱坐标系,同时约束所选节点X、Y和Z三个移动,完成从动轮位置约束的施加;
5)指定摩擦系数、接触间隙和法向接触刚度,选择主动轮上参与啮合的表面作为接触面,从动轮上参与啮合的表面作为目标面,目标单元为TARGE170,接触单元为CONTA174,完成接触设置,前处理完成;
步骤四、在ANSYS软件中进行求解计算:
进入求解模块,指定分析类型为静力学分析,设置总求解时间为1,求解步为100,求解器为PCG,求解完成后退出求解模块;
步骤五、分析计算结果,判断是否需要修改参数后进行新的分析计算:
求解结束后进入后处理模块,查看应力、应变和变形计算结果,判断斜齿轮机构是否满足设计要求,若果满足设计要求,则设计完成;如果不满足设计要求,可修改齿轮基本参数值进行重新设计分析,直到满足设计要求为止。
本发明具有的优点和积极效果是:
本发明与现有技术相比,改进了渐开线圆柱斜齿轮机构分析方法,比起传统的分析方法大大缩短了设计时间,减少了设计费用。应用UG与ANSYS软件联合分析计算,编制参数化的分析程序,可以简单地修改其中的参数,达到反复分析各种尺寸、不同载荷大小的多种摆线轮设计方案力学性能,并能准确的把握轮齿应力分布情况和变化规律,在保证计算精度的同时,极大地减轻了设计人员的工作量,提高分析效率,减少分析成本。
附图说明:
图1为本发明优选实施例的流程图;
图2为本发明优选实施例中斜齿轮机构三维模型图
图3为本发明优选实施例中斜齿轮机构有限元模型图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
请参阅图1至图3、一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法,本发明所应用的三维软件为UG nx10.0,有限元分析软件为ANSYS 15.0,详细步骤如下:
1、提取基本参数:综合分析影响渐开线圆柱斜齿轮机构工作的各项参数,进行整合分类,按类别提取斜齿轮几何参数、材料特性参数、载荷特性参数和有限元模型参数,编制如下表格1-5。
表1 主动齿轮几何参数
表2 从动针齿几何参数
表3 齿轮机构材料特性参数
表4 载荷特性参数
表5 有限元模型参数
2、在UG软件中建立参数化的渐开线斜齿轮机构三维模型:
运用UG软件中的GC工具箱,进入柱齿轮建模模块,在齿***作方式中选择创建齿轮选项,指定齿形为斜齿轮,啮合形式为外啮合齿轮,加工方式为滚齿,同时指定模数、齿数、齿宽和压力角等基本几何参数,分别创建两个不同旋向的齿轮;重新进入柱齿轮建模模块,在齿***作方式中选择齿轮啮合选项,指定小齿轮为主动轮,大齿轮为从动轮,完成齿轮装配;分别在两个齿轮上打通孔,完成渐开线斜齿轮三维模型的建立,如图2所示。
3、在ANSYS软件中进行前处理:
1)将步骤2中建立好的三维模型导入到ANSYS软件中;
2)选择单元类型为20节点的六面体单元Solid186,分别为主动轮和从动轮指定相应的杨氏模量、泊松比和密度等材料属性,将单元大小设置为1,采用扫略形式将模型划分为六面体网格模型;
3)在主动轮中心孔圆心处创建11号局部柱坐标系,选择属于主动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为11号局部柱坐标系,同时给选中的所有的节点指定FY向的固定力,完成主动轮转矩的施加;
4)在从动轮中心孔圆心处创建12号局部柱坐标系,选择属于从动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为12号局部柱坐标系,同时约束所选节点X、Y和Z三个移动,完成从动轮位置约束的施加;
5)指定摩擦系数、接触间隙和法向接触刚度,选择主动轮上参与啮合的表面作为接触面,从动轮上参与啮合的表面作为目标面,目标单元为TARGE170,接触单元为CONTA174,完成接触设置,有限元模型如图3所示。
4、在ANSYS软件中进行求解计算:
进入求解模块,指定分析类型为静力学分析,设置总求解时间为1,求解步为100,求解器为PCG,求解完成后退出求解模块。
5、分析计算结果,判断是否需要修改参数后进行新的分析计算:
求解结束后进入后处理模块,查看应力、应变和变形等多种计算结果,判断斜齿轮机构是否满足设计要求,若果满足设计要求,则设计完成;如果不满足设计要求,可修改齿轮基本参数值进行重新设计分析,直到满足设计要求为止。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (1)
1.一种渐开线圆柱斜齿轮机构参数化分析方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、提取参数:综合分析影响渐开线圆柱斜齿轮机构工作的各项参数,进行整合分类,按类别提取齿轮几何参数、材料特性参数、载荷特性参数和有限元模型参数,并将上述参数按照表格形式进行编制;
步骤二、在UG软件中建立参数化的齿轮三维模型:
在UG软件中创建参数表达式,该参数表达式与步骤一中提取的参数一一对应,运用GC工具箱在创建齿轮选项中指定齿轮类型、模数、齿数、齿宽、变位系数和压力角几何参数,完成主动轮和从动轮的创建;在齿轮啮合选项中指定主动轮和从动轮完成齿轮的装配;分别在主动轮和从动轮上加入孔和键槽特征,完成渐开线圆柱斜齿轮三维模型的建立;
步骤三、在ANSYS软件中进行前处理:
在ANSYS中运用APDL语言编写参数化程序,完成三维模型的导入、指定单元类型、材料属性、划分网格、施加载荷、设定位移约束和设置接触前处理任务,具体步骤如下:
1)将步骤二中建立好的三维模型导入到ANSYS软件中;
2)选择单元类型为20节点的六面体单元Solid186,分别为主动轮和从动轮指定相应的杨氏模量、泊松比和密度,将单元大小设置为1,采用扫略形式将模型划分为六面体网格模型;
3)在主动轮中心孔圆心处创建11号局部柱坐标系,选择属于主动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为11号局部柱坐标系,同时给选中的所有节点指定为11号局部坐标系下Y方向的固定力,完成主动轮转矩的施加;
4)在从动轮中心孔圆心处创建12号局部柱坐标系,选择属于从动轮中心孔面上的所有节点,将选中的节点坐标系修改为12号局部柱坐标系,同时限制从动轮中心孔面上所有节点在12号局部坐标系下X、Y和Z方向三个方向的移动自由度,完成从动轮位置约束的施加;
5)指定摩擦系数、接触间隙和法向接触刚度,选择主动轮上参与啮合的表面作为接触面,从动轮上参与啮合的表面作为目标面,目标单元为TARGE170,接触单元为CONTA174,完成接触设置,前处理完成;
步骤四、在ANSYS软件中进行求解计算:
进入求解模块,指定分析类型为静力学分析,设置总求解时间为1,求解步为100,求解器为PCG,求解完成后退出求解模块;
步骤五、分析计算结果,判断是否需要修改参数后进行新的分析计算:
求解结束后进入后处理模块,查看应力、应变和变形计算结果,判断斜齿轮机构是否满足设计要求,如果满足设计要求,则设计完成;如果不满足设计要求,可修改齿轮基本参数值进行重新设计分析,直到满足设计要求为止。
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