齒輪嚙合的案例
如何在多體動力學模型中評估齒輪嚙合剛度
在對傳動系統進行噪聲、振動和粗糙度（NVH）分析時，齒輪嚙合的彈性對結果起著至關重要的作用。COMSOL Multiphysics? 軟件中的新特征和功能能夠準確地評估齒輪嚙合剛度，從而可以幫助我們創建一個精確的齒輪模型。今天，我們將解釋為什么要考慮齒輪嚙合彈性，以及如何計算齒輪嚙合剛度并將其納入多體動力學模型中的重要性。
齒輪嚙合剛度的重要性
在齒輪發明之前，輪子在摩擦力的作用下將一個軸的旋轉傳遞到另一個軸上。使用這種摩擦輪的主要缺點是超過一定的扭矩值時會發送滑脫，這是因為可以傳遞的最大扭矩會受到摩擦扭矩的限制。為了克服這一限制，人們開始使用齒輪，如今更普遍是被稱為鈍齒輪或齒輪。
使用多體動力學模塊中的零件庫創建的齒輪對。
齒輪的主要目的是避免滑移。這就是為什么一個齒輪的齒要插入配對齒輪的齒之間的原因，這個過程稱為齒輪嚙合。與齒輪的核心區域相比，齒輪的嚙合區域更加靈活。因此，當試圖準確捕捉系統中的動力學和振動時，考慮齒輪嚙合的剛度很重要。
齒輪嚙合剛度取決于幾個不同的參數，最重要的是，它會隨齒輪的旋轉而變化。這使得問題變成非線性問題，并且連續變化的齒輪嚙合剛度會引起系統的振動。這種存在于傳動系統中不同部分的振動會產生噪聲輻射。因此，評估齒輪嚙合剛度并將其納入齒輪模型中至關重要。
使用靜態接觸分析評估齒輪嚙合剛度
為了檢查齒輪嚙合剛度，我們首先假設齒輪是彈性體，并建立它們之間的接觸模型。然后進行靜態參數分析，以確定嚙合循環中不同位置的齒輪嚙合剛度。嚙合周期的定義是齒輪旋轉的圈數，之后下一個齒占據第一個齒的位置。
為了理解這個過程，我們以其中兩個均由鋼制成的齒輪為例來說明，這些齒輪具有以下特性：
在該示例中，兩個齒輪在其各自的中心處鉸接。
展開 《Recurdyn齒輪嚙合分析》現已開放領取
1 齒輪嚙合分析簡介
1.1 齒輪嚙合原理
1.2 齒輪嚙合的類型
1.3 齒輪嚙合的應用
2 Recurdyn多體動力學剛柔耦合分析基礎流程
2.1 多體動力學分析流程
2.2 多體動力學分析中的柔性體技術
2.3 多體動力學剛柔耦合分析
3 Recurdyn中齒輪嚙合分析
3.1 Recurdyn齒輪嚙合分析中模型的建立
3.2 Recurdyn齒輪嚙合分析中齒輪之間的接觸設置
3.3 Recurdyn齒輪嚙合分析中剛形體和柔性體的轉換
3.4 Recurdyn齒輪嚙合分析結果查看
本期資料如何獲取？
展開 基于ANSYSLSDYNA的齒輪傳動線外嚙合沖擊研究
ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ求解齒輪嚙合沖擊問題進行了研究，給出了齒輪嚙合沖擊碰撞數學模型及數值解求解步驟與方法，進行了實例計算，基于ＡＮＳＹＳ／ＬＳ—ＤＹＮＡ對齒輪嚙人沖擊過程進行了數值仿真，得出了沖擊速度與沖擊力、齒寬與沖擊力的數量關系，得到了較精確的沖擊時問。研究表明ＡＮＳＹＳＣＬＳ—ＤＹＮＡ是研究齒輪嚙合沖擊問題的十分有用的工具，為齒輪嚙合沖擊的研究提供了一種新方法與途徑
基于ANSYSLSDYNA的齒輪傳動線外嚙合沖擊研究.pdf
如何防止齒輪嚙合和齒輪變形所產生的噪音
序言
變速箱中最主要的振動源是齒輪嚙合，當輪齒嚙合時，由于受到沖擊，齒輪會產生很大的加速度，從而引起周圍介質的擾動。但是齒輪嚙合是變速箱工作不可避免的，所以仿真工具需要有準確的方法來預測作為振動源的齒輪嚙合過程。一個基本要求是，對于給定的載荷條件，所使用的方法必須捕獲嚙合循環期間的剛度變化。然而，由于負載條件在運行條件下發生變化，必須考慮變化的負載及其對齒輪箱結構柔性和軸承的影響。此外，齒輪微觀幾何、輪齒耦合效應和齒輪毛坯設計等方面也起著至關重要的作用。
2. 噪聲是從哪里來的
電動汽車真的很安靜嗎？分貝，就像所有的衡量標準一樣，是相對的。相對于內燃機（ICE），電動汽車是安靜的。然而，音量并不是使噪聲不受歡迎的唯一標準。對音調噪音的普遍看法是，比如齒輪嘯叫聲，它們非常煩人。ICE通常會淹沒這些聲音，但在電動汽車中可以聽到齒輪的嘯叫聲。齒輪嘯叫聲的來源主要來自齒輪系嚙合周期中剛度的變化。
動態仿真評估了剛度差異產生的振動，并找到了具有最佳聲學性能的解決方案。振動源和傳遞路徑的詳細模擬模型對于準確表示傳輸的聲學特性非常重要。為了優化齒輪嘯叫的性能，許多行業引領者都專注于改變齒輪毛坯的設計。
展開 
ANSYS Fluent 內嚙合齒輪泵瞬態流場仿真
圖 1.內嚙合齒輪模型
嚙合間隙的處理方法
如圖2，由于齒輪之間的嚙合間隙極小，會給流體域網格劃分帶來很大的困難，而且一般需要采用動網格技術模擬齒輪的旋轉運動，太小的間隙也會使嚙合區域網格重構時產生嚴重的扭曲，造成計算不收斂，所以通常都會對嚙合位置進行適當的處理。
圖2. 齒輪嚙合間隙示意
目前常用的處理方法主要是分離法，即通過增加兩個齒輪之間的安裝中心距來加大齒輪嚙合區域的間隙，這種方法保留了輪齒的真實形狀，但是可能會造成齒輪與其他結構干涉等問題。另一種方法是齒面移動法，即將兩側齒面分別繞著旋轉軸向內旋轉，保證嚙合區最小間隙在0.05mm左右。
圖3.齒面移動示意圖
圖4.移動后的嚙合狀態
網格劃分方法
網格劃分對流場求解很重要，ANSYS提供了多種網格劃分工具，讓我們能夠根據模型特點、求解需求選擇最適合的工具和方法。
圖5. 網格工具和類型的選擇
ANSYS Fluent有兩種處理齒輪運動的方式：重疊網格和動網格，對網格的要求有所不同。
1）重疊網格
重疊網格的優勢在于可以使復雜幾何的網格劃分簡化；對于包含運動域的問題，可以不使用網格光順和網格重構方法，避免了可能會出現的負體積問題。
重疊網格由背景網格和部件網格組成，各網格獨立存在，在空間上相互重疊，需要通過設置重疊交界面，進行挖洞、匹配插值點等操作建立各網格之間的連接關系。
展開 齒輪嚙合沖擊力分析
項目背景
齒輪是工程中常見的傳動結構，傳動效率高且承載力強。齒輪嚙合過程中的沖擊力對齒輪的壽命影響較大，故分析齒輪嚙合沖擊力是十分必要的。本項目基于LS_dyna顯式分析，對齒輪轉速上升過程中的嚙合力進行分析。
模型介紹
紅色為主動輪，藍色為從動輪，主動輪轉速為78.5rad/s,從動輪施加一個恒力矩10N.m。實體采用solid164單元，由于solid164單元沒有轉動自由度，這里采用剛體帶動彈性體的方法，在齒輪的內圈建立一層剛性殼單元。
求解設置
接觸采用AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE接觸，求解時間為0.015s，輸出單元與節點的結果以及rcforce接觸力等文件。
計算結果
計算結果如下圖所示，做大應力在齒輪嚙合接觸點，在齒輪轉速增加的過程中接觸力合力逐漸增大并伴隨一些波動。
展開 內嚙合齒輪泵瞬態流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數，本文僅以內嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網格？
3）動網格如何設置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現齒輪泵動態流場的仿真。
本文所選取的實例模型如圖1所示，主要包含內齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
圖 1.內嚙合齒輪模型
嚙合間隙的處理方法
如圖2，由于齒輪之間的嚙合間隙極小，會給流體域網格劃分帶來很大的困難，而且一般需要采用動網格技術模擬齒輪的旋轉運動，太小的間隙也會使嚙合區域網格重構時產生嚴重的扭曲，造成計算不收斂，所以通常都會對嚙合位置進行適當的處理。
圖2. 齒輪嚙合間隙示意
目前常用的處理方法主要是分離法，即通過增加兩個齒輪之間的安裝中心距來加大齒輪嚙合區域的間隙，這種方法保留了輪齒的真實形狀，但是可能會造成齒輪與其他結構干涉等問題。另一種方法是齒面移動法，即將兩側齒面分別繞著旋轉軸向內旋轉，保證嚙合區最小間隙在0.05mm左右。
展開 技術講解 | 內嚙合齒輪泵瞬態流場仿真
作者：王鑫鑫，安世亞太沈陽分公司
來源：本文為安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載
前言
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數，本文僅以內嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網格？
3）動網格如何設置？下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現齒輪泵動態流場的仿真。
本文所選取的實例模型如圖1所示，主要包含內齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
圖 1.內嚙合齒輪模型
01 嚙合間隙的處理方法
如圖2，由于齒輪之間的嚙合間隙極小，會給流體域網格劃分帶來很大的困難，而且一般需要采用動網格技術模擬齒輪的旋轉運動，太小的間隙也會使嚙合區域網格重構時產生嚴重的扭曲，造成計算不收斂，所以通常都會對嚙合位置進行適當的處理。
圖2. 齒輪嚙合間隙示意
目前常用的處理方法主要是分離法，即通過增加兩個齒輪之間的安裝中心距來加大齒輪嚙合區域的間隙，這種方法保留了輪齒的真實形狀，但是可能會造成齒輪與其他結構干涉等問題。另一種方法是齒面移動法，即將兩側齒面分別繞著旋轉軸向內旋轉，保證嚙合區最小間隙在0.05mm左右。
圖3.齒面移動示意圖
圖4.移動后的嚙合狀態
02 網格劃分方法
網格劃分對流場求解很重要，ANSYS提供了多種網格劃分工具，讓我們能夠根據模型特點、求解需求選擇最適合的工具和方法。
圖5.
展開 輪齒側隙對齒輪傳動嚙合力和嚙合力沖擊載荷的影響研究（禁轉） ￥199
一、計算任務書
計算對象：主、從動齒輪嚙合。
齒輪材料：合金鋼
計算目的：計算不同嚙合側隙情況下，齒輪的嚙合力。計算工況見表1。
計算工況： 主動齒輪轉速XXrpm；主動齒輪輸入扭矩XXN·m；功率XXkw。
表1 計算工況表
工況
1
2
3
4
5
6
裝配中心距
555
555.382
555.886
556.194
556.468
556.924
側隙
0
0.262
0.607
0.819
1.006
1.319
公法線
316.4855
316.4745
316.3115
316.1
315.912
315.6
二、數值計算模型
案例使用通用非線性有限元計算軟件LS-DYNA完成計算，使用HYPERMESH和LS-PREPOST軟件完成前后處理。LS-DYNA軟件在處理顯式問題方面處于國際領先地位，被廣泛運用到爆炸、沖擊、碰撞、成型、地震等行業，關于軟件的介紹不再贅述。
根據計算任務書并查閱相關文獻，本次計算的目的是考慮齒輪側隙對嚙合力的影響，綜合考慮顯式有限元計算齒輪嚙合的效率和目前的軟硬件情況，可將齒輪結構的輪齒部分和其應力影響區的結構作為重點考察對象，忽略剛度較大的腹板和齒軸部分，用于有限元計算的幾何模型見圖1。
展開 SolidWorks如何制作兩個齒輪嚙合動畫?
在使用SolidWorks做齒輪嚙合動畫之前，大小齒輪之間的正確裝配是非常重要的。添加必要的配合，實現齒輪間的正確裝配，是完成齒輪嚙合動畫的前提，下面就來簡單介紹使用SolidWorks齒輪嚙合動畫的制作方法。
方法：
1、打開SolidWorks2016，打開保存好的齒輪裝配體文件。
2、點擊“運動算例1”，切換到動畫界面。點擊“展開 MotionManger”，展開運動管理器。
3、點擊“馬達”按鈕，添加驅動馬達。
4、選擇“旋轉馬達”，馬達位置選擇“小直齒輪端面”。
5、設置旋轉馬達的運動速度，選擇“等速”，速度參數輸入“100 RPM”。（RPM：Revolutions Per minute，轉/分鐘）。
6、單擊確定，完成驅動馬達的添加。單擊“播放”按鈕，動畫自動開始播放。
7、單擊“保存動畫”按鈕，將動畫保存成視頻。
8、單擊”保存“，保存整個裝配體文件。
來源：機械最前線
展開 Samcef Mecano齒輪嚙合及剛柔耦合分析 算例簡介
Challenge:
齒輪副在連續嚙合過程中的受載性能、齒根彎曲應力和齒面接觸應力，對齒輪的可靠性和壽命有重要影響；
系統動力學特性與局部非線性因素的影響： 齒輪嚙合是一個邊界條件高度非線性的力學問題，包含接觸、摩擦、碰撞等非線性因素。
由于彈性變形和動態載荷，齒輪實際的工作過程是動態的，齒輪實效（如：齒根疲勞折斷、齒面點蝕和磨損）與實際齒輪的動態應力有關。需要考慮動剛度、沖擊相應等動力學問題。另外，還應該考慮整個齒輪系統的動態載荷對齒輪動態應力的影響（如：軸承剛度、齒輪嚙合剛度、機匣振動）。
Solution:
基于Samcef Mecano的剛柔耦合動力學解決方案
非線性有限元模擬齒輪的動態嚙合接觸； 剛體單元、齒單元、軸承單元、用于多體系統動力學仿真。
本文檔主要介紹了在samcef中如何建模并分析結果，具體見附件：http://pan.baidu.com/s/1eQlG59o
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基于MATLAB的齒輪嚙合仿真 ￥49.9
基于MATLAB的齒輪嚙合仿真，可根據需要調節齒輪參數，實現齒輪嚙合轉動動態過程。程序已調通，可直接運行。需要可以直接拍下。保證確保直接運行。標價為程序價格，不包含售后。程序保證可直接運行。
NX Nastran進行齒輪嚙合分析實例
裝上了NX5，用了一下高級隨便找了一個齒輪的PRT，做了一個齒輪嚙合受力分析希望和大家討論一下NX5的高級仿真
做法如下
1。打開裝配文件，進入高級仿真
2。在裝配導航器點擊右鍵，新建FEM和仿真
3。在裝配導航器點擊FEM文件，轉為顯示部件
4。給兩齒輪添加材料
5。建立網格匹配條件，用手動方式，選折圖上圈住的兩相對面。
NX_Nastran進行齒輪嚙合分析實例.rar
158基于matlab的用于分析弧齒錐齒輪嚙合軌跡的程序 ￥15.5
基于matlab的用于分析弧齒錐齒輪嚙合軌跡的程序，輸出齒輪嚙合軌跡及傳遞誤差。程序已調通，可直接運行。
COSMOS (DesignStar) 對斜齒輪嚙合的分析過程--圖片演示
COSMOS (DesignStar) 對斜齒輪嚙合的分析過程
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COSMOS Works 雖然好用但功能有限, 所以分析齒輪嚙合較方便的工具之一為COSMOS DesignStar (4.5). 用ANSYS Workbench 9 所做的同一模型的分析<" target=_blank>http://bbs2.jxcad.com.cn/read.php?tid=3016&page=1&toread=1> 大家好做下比較. 總之上面所提及到的兩個工具都是用于快速計算以滿足工程實際的需要的, 對于嚴謹細致的分析還是得用COSMOS M 或 ANSYS這樣的最基本的工具!
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