ANSYS Workbench分析实例之齿轮动态接触分析

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前几天有读者在公众号上私信笔者，想让笔者做一个齿轮运动仿真。今天笔者便使用ANSYS Workbench的Transient Structural（瞬态动力学）模块，模拟一下齿轮传动。Step1：建立齿轮副模型。 笔者使用PTC公司的Creo2.0，通过调用标准件库，建立了一个齿轮副，两个齿轮相同，参数为：齿数20，模数2。

Step2：导入齿轮副模型。

导入Creo建立的几何模型，双击Model进入Mechanical。

Step4：建立摩擦接触。 建立摩擦接触，摩擦系数设置为0.2；接触面为齿轮1的齿面，目标面为齿轮2的齿面；将Formulation接触算法设置为Pure Penalty纯罚函数法，其他设置保持默认。

Step5：网格划分。 为了节约计算时间，网格设置使用默认设置，网格尺寸为1.5mm。

Step6：建立转动副。 我们要让齿轮转动起来，需要在齿轮中心建立一个Revolve Joint转动副。齿轮转动的参照物是大地，所以我们选择Body-Ground，具体设置方法如下图一。在Details of Revolute - Ground To chilun.prt\CHILUN中，把Mobile中的Scope选择为齿轮1的转动孔面，如下图二所示，其余设置保持默认。同样的方法，设置齿轮2的转动副。创建好的转动副如下图三所示。

Step7：分析设置。 1. 分析时间设置为5s；设置方法如下：点击Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，将Step Controls的Step End time设置为5s。 2. 打开自动时间步，采用子步形式。方法如下：点击Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，将Step Controls的Auto Time Stepping设置为On，Define By设置为Substeps； 3. 初始子步设置为50，最小子步设置为40，最大子步设置为80。方法如下：点击Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，将Step Controls的initial Substeps设置为50，Minimum Substeps设置为40，Maximum Substeps 设置为80；其余采用默认设置。

Step8：载荷及边界条件。 齿轮1设置为主动轮，施加载荷为运动副载荷Joint Loads（如下图一），运动副载荷类型为转速 Rotational Velocity（如下图二），设置转速为0.3rad/s。为了便于收敛，我们使用斜坡加载方式，具体设置如下。

齿轮2设置为从动轮，施加载荷为运动副载荷Joint Loads，运动副载荷类型为扭矩 Moment，设置阻力矩为10N · mm。

Step9：求解与后处理。

计算结果如下：

注：本文做的只是一个示意性算例，结果不具备实际工程意义。

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