abaqus齒形分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
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齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機械零件。齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。在工作過程中，齒輪可能會由于機械振動而產生噪聲，這樣會降低齒輪的嚙合精度和傳遞效率，從而影響齒輪的壽命。
本文以ABAQUS有限元分析軟件為平臺，對齒輪進行模態分析，提取了前6階固有頻率與振型，通過不同材料和腹板倒角的齒輪選擇，對固有頻率與振型變化趨勢的分析，為齒輪的結構設計和優化及提供了設計依據，同時為進一步的動力學分析奠定了基礎。
模態分析的基本理論
模態是機械結構的固有振動特性，指結構在各頻率下的動態響應，一個系統的動態響應是其若干階模態振型的綜合。對于一般的多自由度系統來說，運動都可以由其振動的模態來合成，有限元的模態分析就是建立模型模態進行數值分析的過程，其運動微分方程是
式中，[M] 為質量矩陣，[C] 為阻尼矩陣，[K] 為剛度矩陣；X(t) 為系統各點的位移響應向量；F(t) 為系統各點的激勵力向量。
展開 但連接兩艙的分離插頭分離后，返回艙的壓力閥門被震開，密封性能被破壞，艙內壓強迅速減小，致使3名宇航員慘死在密封艙中；再如1986年1月28號，美國“挑戰者”號在執行代號STS-51-L的第十次太空任務時，因為右側固態火箭助推器上面的一個僅僅價值數美元的O形密封圈失效，導致一連串的連鎖反應，并且在升空后73秒時，爆炸解體墜毀，機上7名宇航員都在該次意外中罹難，直接經濟損失多達12億美元；又如我國火箭也曾因密封泄漏故障造成衛星不能準確入軌。
本文就以O形密封圈為例帶你學習橡膠制品仿真分析：
1、模型描述：
如圖1所示，簡易的管道連接示意圖，右圖為左圖的刨面圖。這樣我們可以清晰的到藍色部分為壓頭，金屬材質；灰色部分為密封槽，金屬材質；綠色部分為O形密封圈，橡膠材質。
圖1 簡易的管道連接示意圖及其刨面圖
2、模型簡化
考慮到金屬材質相對于橡膠材質要硬度要高很多，一般金屬的楊氏模量為GPa級別，而橡膠的等效楊氏模量一般為MPa級別，所以相對于橡膠而言，金屬部分可以近似看作剛性部件，另外，針對本次仿真的目的而言，我們不關心金屬部分的受力或者形變，綜上原因，在有限元建模時可以將金屬部分設置為解析剛體。如圖2所示
圖2、有限元分析模型
ABAQUS軟件仿真過程
●Part模塊
打開ABAQUS軟件，在其Part模塊選擇Create Part，自動進入草圖模塊依據圖3所示尺寸分別創建橡膠、壓頭和密封槽三個部件。
圖3、模型尺寸示意圖
●Property 模塊
由于兩個金屬部件被創建為解析剛體，其不用附加屬性。橡膠部分為可變形體，我們賦予它超彈性屬性，具體設置如圖4所示
圖4、橡膠屬性設置示意圖
●Assembly模塊：默認即可。
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摘要：橡膠密封圈在現代工業密封結構中占有重要地位。密封件結構的設計直接影響到整個密封系統的工作，如果結構設計不合理，則在工作過程中就容易引起失效，即使是一個很不起眼的密封圈原件的損壞失效，也可以造成價值數百萬元甚至數億元的巨大損失，有時還可能造成不可挽回的環境污染和人員傷害等災難性后果。
比如1971年，蘇聯聯盟11號飛船按程序啟動制動火箭，再返入大氣層時，返回艙和軌道艙分離。但連接兩艙的分離插頭分離后
齒輪是最常用的零部件之一，起到了傳遞扭矩的作用。為了研究齒輪固有頻率和振型的影響因素，改善齒輪的動態特性，齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。
本文運用SolidWorks 三維建模軟件建立齒輪建模，并運用ABAQUS和振動分析理論對模型進行模態分析，用Lanczos算法提取固有頻率，得到齒輪的模態和振型，為優化齒輪的結構設計提供支持
齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機械零件。齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。在工作過程中，齒輪可能會由于機械振動而產生噪聲，這樣會降低齒輪的嚙合精度和傳遞效率，從而影響齒輪的壽命。
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