文档介绍：word
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机械1003班 孙祥和 3100301144
基于高速旋转齿轮的有限元分析
引言：齿轮泵是工程中较为常见的一种泵，在高速运转时齿轮受到多种力的作用，形，径向变形过大，可能大致边缘与齿轮壳发生摩擦，在DOF solution〔自由度解〕选项中选择Translation X〔X向位移〕，X向位移即为径向位移。结果如如下图所示。
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图4 径向变形图
mm ，整体变形还是很小的，且沿径向方向上形变递减，说明当齿轮高速旋转时其边缘处变形较大易磨损。
齿轮高速旋转时的主要应力也是径向应力，因此要查看该方向上的应力。在Stress(应力〕选项中选择X-direction SX(X方向应力〕选项，结果如下。
图5 径向应力分布图
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可以看出在齿轮高速旋转时， Pa，而啮合处的应力相对较大，齿根处应力变形更大。在实际工作环境中，由于屡次重复的弯曲应力和应力集中，可能会造成轮齿的疲劳折断，故需要提高轮齿的抗断折能力，如：增大齿根过渡圆角半径、采用外表强化处理等。
离心力分析
1、分析问题
由于齿轮是轴对称结构，在ANSYS中可以利用结构的周期对称性，在建立模型和求解时，只对一个根本扇区建模和分析，这样可以降低分析的规模，节省计算费用。此处我们单独分析一个轮齿，进而进展离心力分析。
2、建立模型
定义单元类型
此处选用八节点六面体单元SOLID 45，不需要设定实常数。 8个节点，每个节点3个自由度，x,y,z三个方向。该单元有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形和大应变能力。〔各向异性选用solid64。solid45的高次形式使用solid95。〕
定义材料属性
建立齿轮的一个扇形模型
3、定义边界条件并求解
考虑到在实际过程中一对啮合齿轮的相互作用。选择轮齿的齿顶面和齿面，在选择面上施加对称边界条件：
Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>Symmetry .>On Areas。此处单独对高速齿轮受离心力作用下的应力与变形，因此为防止刚性位移，约束关键点47 〔定义的轮齿边缘的一关键点〕Z方向位移。
同时施加转速惯性载荷与压力载荷，在Solution>Define Loads>Apply>Inertia>Angular Velocity> rad/s。
选择Sparse iterative求解器进展求解。
4、查看结果
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图6径向变形图
由上图可以看出齿轮径向变形沿径向方向递减，这与对齿轮进展静力分析所得出的结论是一致的。
图7 径向应力分布图
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Pa，在齿根处的应力也较大，但没有超出材料的受力极限。
接触应力分析
1、分析问题
一对啮合的齿轮在工作时产生接触，分析其接触的位置、面积和接触力的大小。 这里我们也对分析模型进展简化，分析平面应变。
2、建立模型
定义单元类型
选用四节点四边形板单元PLANE182，此单元不仅可用于计算平面应力问题，还可以用于分析平面应变和轴对称问题。并且要对单元PLANE182进展设置，在Element behavior(单元行为方式)中选择Plane Stress〔平面应力〕选项。
定义实常数
此处平面应力行为方式的PLANE182单元，需要设置其厚度实常数为4。
定义材料属性。
考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量和密度。
建立齿轮面模型
对齿面划分网格
此处选用PLANE182单元对齿面划分映射网格。PLANE182单元由4个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。可用于平面单元也可用 于轴对称单元。具有塑性，超弹性，应力强化，大变形，大应变能力
1〕在应用菜单中选择Utility Menu：Select>Entities命令先选择线,选择一个齿轮上可能与另一个齿轮相接触的线(即一个轮齿上的两个齿面)