ansys齒輪瞬態的案例
ANSYS Workbench齒輪瞬態動力學仿真
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總結
ANSYS Workbench對齒輪進行動力學仿真是非常方便，包括接觸的設置、轉動副的設置等都非常方便。如果計算不收斂時，主要通過調試網格質量、接觸算法、載荷施加的方式等；再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態動力學計算量較大，可以仿真轉動兩三個齒即可，為提高計算的準確性，可以將這兩三個齒進行網格局部加密，以便更加接近真實解。
源自CAE集中營
ANSYS workbench錐齒輪嚙合瞬態動力學分析 附ANSYS Workbench 下載
下載地址：ANSYS Workbench 15.0完全自學一本通
ANSYS Fluent 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。
大咖慧齒輪箱仿真專題
11月16日-18日
11月16-18日，安世亞太大咖慧推出齒輪箱仿真專題培訓，內容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網格液體流動仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動態流場仿真分析課程介紹介紹。（報名方式見底部）
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。
展開 學習記錄——Workbench齒輪嚙合瞬態動力學評估——直齒圓柱齒輪動力學評估
今天學習的案例是是Workbench齒輪嚙合瞬態動力學評估，該案例的難點是第一點是如何通過接觸對齒輪進行等效模擬，第二個是影響齒輪收斂因素主要是法向剛度和扭轉剛度。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動和接觸
1.3.3網格劃分
2求解
2.1載荷邊界條件
主要是兩個齒輪的轉動副。
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
關閉自動時間步，打開大變形，時間步設50。
3.后處理
下面是本案例的思維導圖。
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學習記錄——Workbench齒輪嚙合瞬態動力學評估——直齒圓柱齒輪動力學評估
<p>今天學習的案例是是Workbench齒輪嚙合瞬態動力學評估，該案例的難點是第一點是如何通過接觸對齒輪進行等效模擬，第二個是影響齒輪收斂因素主要是法向剛度和扭轉剛度。</p><p>本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。<span style="color: rgb(25, 27, 31);">如圖所示。
齒輪副在瞬態分析中的設置
用ANSYS Workbench瞬態分析，新建或打開一對嚙合模型后，在第三項“connection”，打開“contacts”，在“Bonded-Part1 To Part2”中，把Bonded改為無摩擦的“Frictionless”。
除了選擇“Frictionless”無摩擦的之外，還可以根據齒輪的嚙合要求，選擇“Frictional”有摩擦的，這時要在下面的一行中加上一個較小的，甚至是很小的摩擦系數，例如0.01-0.1，這樣選擇的結果可能是當ANSYS軟件計算有摩擦的嚙合副在計算中計算量較大，因為屬于非線性的，有可能會不收斂。也就是無法得到計算結果。
“No Separation”僅用于單個齒面靜力分析時用，法向不分離，不能用于嚙合副在一個區域范圍內的嚙合過程的瞬態分析
“Rough”表征的是粗糙的，相互之間沒有滑動，也就是摩擦系數無窮大。 “Force Frictional Sliding”表征的是“力作用下的摩擦”，表征的是幾乎無法移動的，有點類似Bonded，一般共軛副中的嚙合分析不會用這種。據說這類接觸是高版本中才有的。
選擇好接觸形式后，要注意把所有可能在分析動態運動中嚙合的面都選全，如果接觸面是不相聯的話，也必須分別選擇各個零件上的可能的嚙合面，這時可以不選齒頂，齒根這些不連續的面都不能選上，如果選上后，在計算中，如果的確參與了嚙合，有接觸了，軟件自動給出計算的結果，如果選擇了不可能接觸的面，在計算中就不會收斂，沒有計算結果，這是要充分注意的。
這是這組齒輪一開始軟件默認一個齒輪有二個面接觸的，另一個齒輪是有三個面接觸的，而這13齒的齒輪，每個齒輪有13個面是接觸的，這就得自己手動設置。
設置完成以后是這樣的：
然后點“Apply”，表示確定。
展開 基于ABAQUS的齒輪瞬態動力學分析 ￥30
該案例是一對齒輪的動態分析，小齒輪施加轉速，大齒輪加阻力矩
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 workbench 瞬態動力學 求解齒輪嚙合的例子。
ANSYS Workbench對齒輪進行動力學仿真是非常方便，包括接觸的設置、轉動副的設置等都非常方便。如果計算不收斂時，主要通過調試網格質量、接觸算法、載荷施加的方式等；再者就是裝配體模型一定不要有干涉。還有就是由于齒輪的瞬態動力學計算量較大，可以仿真轉動兩三個齒即可，為提高計算的準確性，可以將這兩三個齒進行網格局部加密，以便更加接近真實解。
如下圖所示為斜齒輪裝配體，分析齒輪嚙合過程中的力學屬性。其中，左邊主動輪施加轉速，其值為60rpm；右邊從動輪施加轉矩，其值10N·M。
2.分析思路
（1）由于是動力學分析，這里選擇瞬態動力學分析模塊；
（2）兩個齒輪的嚙合面存在相對運動的接觸，使用摩擦接觸；
（3）兩個齒輪需要轉動，通過轉動副實現；
（4）轉速和扭矩載荷都通過轉動副載荷（Joint Load）實現。
3.分析步驟
（1）創建瞬態動力學分析模塊，設置材料屬性，這里就用默認的結構鋼，導入幾何模型；
（2）賦予材料屬性，保持默認的結構鋼；
（3）設置接觸。如下圖所示，接觸面選擇所有的主動輪嚙合面，目標面選擇所有的從動輪嚙合面，設置接觸關系為摩擦接觸，摩擦系數設置為0.2。
提示：由于選擇的面太多，直接點擊選取比較麻煩，這里提供一個較為簡單的方法就是通過工具欄中的框選按鈕（Box Select），比如說要選擇主動輪上的接觸面，可以先將從動輪隱藏，然后通過Box Select選取主動輪所有的面，然后按著Ctrl鍵通過點擊鼠標左鍵反選不需要的面；從動輪的接觸面亦是如此。
注意：對于齒輪分析來說，一定要檢查接觸是否有干涉。
（4）創建轉動副連接關系。選中模型樹上的Connections，然后在工具欄中的Body-Ground中的Revolute，即轉動副，然后選取齒輪的內表面，軟件將自動識別旋轉中心。
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 Workbench齒輪嚙合瞬態動力學分析簡例
如何利用workbench實現齒輪嚙合的瞬態動力學分析。
如下圖所示
今天將以這種方式介紹使用workbench實現齒輪嚙合的分析流程。有限元分析流程分為3大步、3小步。
Workbench心得——行星齒輪瞬態動力學分析
在這里首先將三角形的齒輪架給剛化，因為整個分析中不考慮它的影響，主要考慮齒輪之間的作用。
然后我們就需要對模型添加約束和連接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如圖。添加過程請看下面詳述。
首先添加三個類似的運動副，都是需要Body-Ground形式。
第一個添加太陽輪的旋轉副。revolute joint。Body-ground。
再添加三角架的旋轉副。revolute joint。Body-ground。
再添加內齒圈的固定副。fixed joint。Body-ground。
接著添加一個Body-Body的旋轉副，也就是三角板與行星輪之間的旋轉連接。revolute。Body-Boby。
最后就是兩個齒輪之間的接觸關系設置。按照經驗，在不考慮齒輪間摩擦的情況下，選擇frictionless 接觸類型。
展開 WB直齒輪瞬態嚙合力學分析（不含結果文件） ￥10
本實例利用先前本人發布的案例中劃分的直齒輪對網格，導入到workbench中進行Transient structural分析，本例設置載荷情況如下：主動輪設置轉動角速度500rad/s，從動輪負荷扭矩30Nm。分析參數和結果僅供參考，不作為判定結果正確與否依據，主要目的是給大家參考其中一些載荷、便捷條件、接觸條件等施加方法。版本是基于15.0，需要用15.0級以上版本打開，請注意。
ANSYS Workbench模擬齒輪箱變速器齒輪嚙合 ￥19.89
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202505/37a53a3f48cc0aaac4f809d33b0c5a6c.png"></p><p>4 齒輪瞬態動力學分析</p><p>4.1 瞬態動力學分析基本理論</p><p>瞬態動力學分析是一種用于計算結構在隨時間變化的載荷作用下的動力學響應的方法。在Ansys中，這種技術可以用來計算結構在穩態載荷、瞬態載荷和簡諧載荷下的位移、應變和應力隨時間的變化。在進行瞬態動力學分析時，需要考慮慣性力和阻尼的影響，這些因素與載荷和時間的相關性有關。如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學分析來代替瞬態動力學分析。對于線性結構，它的瞬態動力學平衡方程如下：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態動力學平衡方程。而模態疊加法則使用坐標轉換解耦后開始求解。</p><p><br></p><p>4.2 模態疊加法</p><p>針對模態疊加法，式中的可寫為：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中：</p><p>為節點力隨時間變化量；</p><p>為關于矢量載荷的比例因子；</p><p>是在模態分析中的矢量載荷。</p><p>利用模態坐標表示節點位移可通過下式得到：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中，是第階模態振型；</p><p>是所要提取的模態數量。</p><p>根據式可得利用模態疊加法計算瞬態動力學問題首先需要進行模態分析，因為在節點位移中包含了模態振型。
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</p><p>2 齒輪瞬態動力學分析</p><p>2.1 瞬態動力學分析基本理論</p><p>瞬態動力學分析是一種用于計算結構在隨時間變化的載荷作用下的動力學響應的方法。在Ansys中，這種技術可以用來計算結構在穩態載荷、瞬態載荷和簡諧載荷下的位移、應變和應力隨時間的變化。在進行瞬態動力學分析時，需要考慮慣性力和阻尼的影響，這些因素與載荷和時間的相關性有關。如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學分析來代替瞬態動力學分析。對于線性結構，它的瞬態動力學平衡方程如下：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態動力學平衡方程。而模態疊加法則使用坐標轉換解耦后開始求解。</p><p><br></p><p>2.2 模態疊加法</p><p>針對模態疊加法，式中的可寫為：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中：</p><p>為節點力隨時間變化量；</p><p>為關于矢量載荷的比例因子；</p><p>是在模態分析中的矢量載荷。</p><p>利用模態坐標表示節點位移可通過下式得到：</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>式中，是第階模態振型；</p><p>是所要提取的模態數量。</p><p>根據式可得利用模態疊加法計算瞬態動力學問題首先需要進行模態分析，因為在節點位移中包含了模態振型。
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