有限元分析結課作業答辯答辯人：陳彩云、孫兆亮、董鵬程、張永進2017.06.30內容一、齒輪三維建模二、為齒輪進行網格劃分三、ABAQUS進行接觸分析四、分工列表內容一、齒輪三維建模二、為齒輪進行網格劃分三、ABAQUS進行接觸分析四、分工列表齒輪三維建模三齒輪相互嚙合并轉動1、設計齒輪參數三個齒輪壓力角為20°，模數為2，齒寬為30mm，分度圓半徑分別為30mm、40mm、60mm，齒數分別為15、20、30，中心距分別為35mm、55mm。2、輸入參數齒輪三維建模三齒輪相互嚙合并轉動3、輸入關系HA=(HAX+X)*MHF=(HAX+CX-X)*MD=M*Z

DA=D+2*HD6=360/(4*Z)D9=BDB=D*COS(ALPHA)

DF=D-2*HFIF

HAX<1

D14=0.46*M

ENDIFIF

HAX>=1

D14=0.38*M

ENDIFD15=360/ZD22=360/ZP23=Z-1D72=360/(2*Z)4、繪制齒輪齒輪三維建模三齒輪相互嚙合并轉動5、裝配內容一、齒輪三維建模二、為齒輪進行網格劃分三、ABAQUS進行接觸分析四、分工列表為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分1.將IGS文件導入HyperMesh首先將上一步生成的IGS文件導入進

HyperMesh，按右圖所示進行。為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分2.生成實體由于IGS導入

HyperMesh中的

模型只有表面，不存在實體，所

以先生成實體在進行下一步操作。打開Geom面板中的子面板solid，并選中boundingsurf再選中需要生成實體的表面，點擊create即生

成齒輪實體。為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分3.生成齒輪圓心打開Geom面板左下角的distance子面板，選擇three

nodes命令，在點擊circle

center命令，創建齒輪圓心。為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分4.切割單齒打開Geom面板的solidedit子面板，選擇trimwith

plane/surf命令對齒輪實體進行操作，

切割下來單個齒。為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分5.劃分單齒網格使用3D面板的solidmap子面板，選擇mesh

solids。選擇切割下來的單齒，并設置單元類型及單元尺寸為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分6.隱藏實體，保存單齒網格為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分7.旋轉單齒生成完整的齒輪網格使用Tool面板的rotate子面板，打開后選擇圓心，設置旋轉角度，旋轉復制多次，生成完整的齒輪網格為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分8.去除邊界選擇Tool面板

的edges命令，選中整個網格，點擊deleteedges刪除邊界。為齒輪進行網格劃分使用HyperMesh進行劃分9.重復操作完成其余齒輪的網格劃分內容一、齒輪三維建模二、為齒輪進行網格劃分三、ABAQUS進行接觸分析四、分工列表首先將HyperMesh劃分網格后的inp文件導入ABAQUS中。ABAQUS進行接觸分析1.ABAQUS中導入模型執行【文件】/【導入】/【模型】操作，選中模型chilun2.inp，如下圖所示。三齒輪相互嚙合并轉動然后設置材料屬性，包括質量密度、楊氏模量、泊松比。三齒輪相互嚙合并轉動【2.設置材料屬性從【模塊】列表中選擇【屬性】，進入特性功能模塊。Step1：創建材料屬性。單擊

創建材料】，彈出【編輯材料】對話框。在【名稱】欄輸入“steel”。在【材料行為】欄選擇【通用】/【密度】，在【質量密度】欄輸入鋼的密度7.8e-9。然后選擇【力學】/【彈性】/【彈性】，將【楊氏模量】和【泊松比】分別設置為210000和0.3。ABAQUS進行接觸分析然后設置截面特性。選擇實體、均質、應用之前創建的材料屬性。【Step2：創建截面特性。單擊

創建截面】，選擇【實體】、【均質】。【材料】選擇【steel】。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動最后分配截面特性，框選3個齒輪【指派截面】，用鼠標框選3個齒Step3：分配截面特性。單擊輪ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動進入創建分析步模塊。選擇動力、顯示，時間長度改為0.001，間隔改為403.創建分析步從【模塊】列表中選擇【分析步】，進入分析步功能模塊。單擊【創建分析步】，選擇【動力，顯示】，單擊【繼續】。在彈出的【編輯分析步】對話框中，將【時間長度】改為0.001，單擊【確定】。單擊【場輸出管理器】，將【間隔】改為40次ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動接下來進入相互作用模塊。【4.定義相互作用從【模塊】列表中選擇【相互作用】，進入相互作用功能模塊。1.定義接觸關系Step1：創建接觸屬性。單擊

創建相互作用屬性】，選擇【接觸】。在【力學】/【切向行為】保持默認。在【力學】/【法向行為】中的【摩擦公式】的下拉列表選擇【罰】，將【摩擦系數】設為0.1。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動【step2：創建通用接觸。單擊

創建相互作用】，【分析步】選為【Initial】，并選擇【通用接觸（Explicit）】，單擊【繼續】。在【全局屬性指派】中選擇之前創建的接觸屬性【InProp-1】，單擊【確定】。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動【【2.定義耦合約束在ABAQUS中，想讓實體單元繞軸旋轉，一種方法是將實體單元與一個點耦合，然后讓這個點旋轉。Step1：創建參考點。耦合點在圓心，先單擊

創建參考點】，點擊三個齒輪的中心，創建3個參考點Step2：定義耦合約束。單擊

創建約束】，選擇【耦合的】，再單擊【幾何】，進行下圖所示步驟，分別完成3個齒輪內表面與各自參考點的耦合。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動5.創建載荷和邊界條件從【模塊】列表中選擇【載荷】，進入載荷功能模塊。Step1：單擊

【創建邊界條件】，類型選擇【位移/轉角】，分析步選擇【initial】。參考點“RP-1”將只有y軸旋轉自由度。Step2：以同樣方式創建“RP-2”和“RP-3”的邊界條件。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動Step3：單擊

【創建邊界條件】，名稱改為“BC-Ang-vel-15”，類型選擇【速度/角速度】，分析步選擇【Step-1】,區域選擇“RP-1”，勾選VR2并賦值628。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動6.提交分析作業從【模塊】列表中選擇【作業】，進入作業功能模塊。【創建作業】，將作業名稱改為“Job-3”【作業管理器】，在作業管理器中單擊【提交】Step1：單擊Step2：單擊

按鈕提交作業。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動【7.結果后處理計算完成后，單擊【作業管理器】對話框中的【結果】按鈕，進入可視化模塊。Step1：單擊

在變形圖上繪制云圖】可顯示減速齒輪的變形云圖。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動減速齒輪動畫效果:ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動Step2：在工具欄選擇【U】，可以查看模型位移云圖。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動減速齒輪動畫效果:ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動Step3：執行【結果】/【歷程輸出】命令，彈出【歷程輸出】對話框，可查看歷史變量輸出。ALLWK為外力功，ALLFD為摩擦耗

散能，ALLIE為內能，ALLKE為動能，ALLVD為黏性耗散能。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動8.結果分析通過提交作業可以得到有限元分析結果，并能將結果以動畫的形式模擬出來，便于直觀的看到齒輪嚙合的過程。ABAQUS通過彩色云圖顯示應力分布。在圖中可以看出齒輪與齒輪的接觸面處以及齒跟彎曲處有較大的應力，我們主要分析輪齒間的接觸應力。找到齒輪嚙合過程中應力最大的Element，測出應力值為11740MPa，可以將其應力值輸出。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動通過對齒輪接觸的有限元分析結果及其人們的工程實踐進行總結，我們可以在如何提高齒輪的抗疲勞強度方面得到一些啟發。其一，從實際生產中的一些治金重載齒面發生嚴重變形的經驗中，認為必然存在最適合齒輪接觸強度和彎曲強度的齒形，這種理想

齒形的設計成有可能發展成一門新的學科：齒輪仿形原理；其二，提高糊滑油的質量，潤滑油質量的提高對齒輪接觸強度的提高起到很大的作用，高質量的潤滑油，更抗氧化，更容易產生油膜，更容易散熱；其三，提高齒輪加工的精度，高精度的齒輪可以改善嚙合性能，進而改善接觸強度；其四，對材料進行合理的熱處理，可以使其具有較好的綜合機械性能，提高齒面的硬度和耐磨性等等。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動加速齒輪在第5步有所不同ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動5.創建載荷和邊界條件從【模塊】列表中選擇【載荷】，進入載荷功能模塊。Step1：單擊

【創建邊界條件】，類型選擇【位移/轉角】，分析步選擇【initial】。參考點“RP-1”將只有y軸旋轉自由度。Step2：以同樣方式創建“RP-2”和“RP-3”的邊界條件。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動Step3：單擊

【創建邊界條件】，名稱改為“BC-Ang-vel-15”，類型選擇【速度/角速度】，分析步選擇【Step-1】,區域選擇“RP-3”，勾選VR2并賦值628。ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動加速齒輪動畫效果:ABAQUS進行接觸分析三齒輪相互嚙合并轉動加速齒輪動畫效果:ABAQUS進行