齿轮有限元分析
基于有限元法的行星齿轮传动系统的动力学分析
基于有限元法的行星齿轮传动系统的动力学分析一、引言行星齿轮传动作为一种重要的传动装置，在工程应用中具有广泛的应用。
其具有结构紧凑、承载能力高、传动效率高等优点，因此在航空航天、机械制造等领域被广泛使用。
然而，在实际应用过程中，行星齿轮传动系统常常面临着各种挑战，如振动、噪声、疲劳等问题。
因此，对于行星齿轮传动系统的动力学行为进行深入研究，对于提高其工作性能具有重要意义。
二、有限元法简介有限元法是一种常用的工程分析方法，可以用来研究结构的应力、变形、振动等问题。
其基本原理是将复杂的结构分割为有限的单元，通过求解各单元内的位移和应力，最终得到整个结构的行为。
有限元法能够较为准确地模拟和分析实际结构的动态响应，因此被广泛应用于行星齿轮传动系统的研究。
三、行星齿轮传动系统的结构及工作原理行星齿轮传动系统由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架等组成。
其中，太阳轮是输入轴，内齿轮为输出轴，行星轮通过行星架与太阳轮和内齿轮相连。
在行星齿轮传动系统中，太阳轮提供动力输入，通过行星轮的转动将动力传递给内齿轮，实现输出轴的运动。
四、行星齿轮传动系统的动力学模型建立1.建立行星齿轮传动系统的有限元模型为了研究行星齿轮传动系统的动力学行为，首先需要建立其准确的有限元模型。
通过考虑行星轮、齿轮、轴承等各个部件的刚度和质量等参数，可以建立行星齿轮传动系统的有限元模型。
2.确定边界条件和加载条件在进行有限元分析之前，需要确定边界条件和加载条件。
边界条件是指限定结构的位移和转角，在行星齿轮传动系统中，常常将太阳轮固定，将内齿轮的运动约束为指定的转速。
加载条件则是指施加在结构上的外部载荷，在行星齿轮传动系统中，可以考虑太阳轮的输入力作用于行星轮上。
五、行星齿轮传动系统的动力学分析1.求解结构的模态特性通过有限元方法可以求解行星齿轮传动系统的模态特性，即结构的固有频率和模态形态。
模态分析可以帮助工程师了解结构的振动特性，以及确定可能的共振问题。
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告
基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对齿轮的疲劳进行分析,计算出齿轮的最大寿命。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为齿轮的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如下图所示为某齿轮三维模型，参考图示形状，自定义尺寸，并建立一对啮合齿，施加50N*M扭矩进行齿轮接触分析，随后进行疲劳分析，分析齿轮寿命，材料为40Cr。
图1 齿轮三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。
创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，40Cr材料的杨氏模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3，密度7800kg/m3，两对齿轮的材料一致。
图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。
只需要建立齿轮的端面然后拉伸即可，另一对齿轮采用该齿轮进行对称偏移获取，首先建立齿轮端面草绘，为保证结构对称，只建立一半截面，如下图所示：拉伸截面，并对称建立整个单齿，如下所示：同理建立另一齿轮，最终模型如下所示进入Workbench进行材料设置，其中齿轮分别设置材料为结构钢。
进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，从动齿内圈固定，主动齿施加扭矩，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.2mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为467.4MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该齿轮最多可以使用14794次，此后便会发生裂纹破坏。
单级圆柱齿轮减速器强度有限元分析
单级圆柱齿轮减速器强度有限元分析齿轮减速器是一种常见的传动装置，广泛应用于机械设备中。
其中，单级圆柱齿轮减速器是一种常见的类型，具有结构简单、传动效率高等特点。
然而，在实际工作环境中，齿轮受到的载荷和力矩会对其强度产生影响。
为了确保齿轮减速器的正常运行，有限元分析被广泛应用于其强度计算。
本文将介绍单级圆柱齿轮减速器的强度有限元分析方法及其应用。
一、单级圆柱齿轮减速器的结构和工作原理单级圆柱齿轮减速器由输入轴、输出轴和一对齿轮组成。
输入轴和输出轴通过齿轮的啮合传递转矩和速度。
齿轮通常由钢材制成，根据轮齿的形状，可以分为直齿轮、斜齿轮和曲线齿轮等不同类型。
其中，圆柱齿轮由直齿轮组成，具有结构简单、加工容易等特点。
单级圆柱齿轮减速器的工作原理如下：当输入轴带动第一对齿轮旋转时，第二对齿轮也会随之转动，通过啮合传递转矩和速度。
减速比取决于齿轮的齿数，而转矩传递的平稳性则取决于齿轮的强度。
二、有限元分析在圆柱齿轮减速器强度计算中的应用有限元分析是一种计算机仿真方法，通过将结构离散为有限数量的单元，来模拟和计算结构的力学行为。
在圆柱齿轮减速器的强度计算中，有限元分析可以用来预测齿轮在工作过程中的受力情况、变形情况和疲劳寿命等。
首先，需要将圆柱齿轮的几何形状建模，并进行网格划分。
根据齿轮的具体几何参数，可以使用CAD软件绘制出齿轮的三维模型，然后通过网格生成工具将齿轮离散为有限数量的单元。
接下来，需要确定齿轮受力边界条件，如输入轴的转矩大小和方向等。
这些边界条件将被应用于仿真模型中，用于计算齿轮在工作过程中的应力分布。
然后，通过有限元软件进行力学分析，求解齿轮结构在各个节点上的应力和变形。
有限元软件可以根据所设定的边界条件和材料力学性质，通过有限元法将结构的力学行为进行数值模拟，得到齿轮的应力分布图像和变形分布图像。
最后，根据有限元分析结果，可以评估齿轮的强度状况。
通常，齿轮的强度由其表面接触应力和弯曲应力来决定。
工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析
工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析采用有限元方法对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)工程塑料齿轮无缺陷情况和存在不同程度熔接痕缺陷情况的疲劳寿命进行了分析，得出了利用ANSYS对工程塑料齿轮疲劳寿命进行分析的方法．以及上述情况下的疲劳寿命。
采用了符合实际啮合情况的接触模型与裂纹模型，首先得到了在正常工作情况下齿轮最容易发生疲劳处的节点应力，然后通过输入S—N曲线，并采用Miner疲劳积累理论对应力最大处的节点进行疲劳分析。
ANSYS疲劳分析结果表明：熔接痕缺陷的位置对该材料齿轮的疲劳寿命有较大影响。
1 齿轮的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。
如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。
齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。
啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。
因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。
此过程随着齿轮的转动也不停的重复。
应力or随时间t的变化曲线如图2所示。
在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。
工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。
图1 齿轮啮合时受力情况疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质差别：图2 齿根应力随时间变化曲线1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳被坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间。
2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。
3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。
基于ANSYS的齿轮静强度有限元分析
基于ANSYS的齿轮静强度有限元分析0 引言作为工业领域中不可或缺的配件,齿轮在汽车、航空、冶金、矿山等行业的应用越来越广泛。
齿轮在工作过程中，主要起到啮合传递作用，同时齿轮也承受各种载荷，齿轮的强度对整个传动系统有着至关重要的影响，如果齿轮强度设计不当，在工作过程中齿轮失效会导致整个传动系统无法正常工作，甚至会引起其他部件的连锁失效，同时由于齿轮长时间处于交变荷载或冲击荷载的作用,因而对于其变形和强度的分析显得尤为重要。
有限单元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,ANSYS 软件作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件,不仅有几何建模的模块,而且也支持其他主流三维建模软件,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。
在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。
求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的，这种简单部分就称作有限元。
它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。
类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。
它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。
齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析
齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析随着现代技术的发展，齿轮已经成为机械系统中不可或缺的元素之一，已经成为汽车、航空、海洋、涡轮机械和其他机械行业的主要组件。
因此，齿轮准确建模和性能分析对于满足行业需求至关重要。
首先，要精确建模齿轮，必须考虑齿轮的几何建模，其中包括齿轮几何尺寸，齿轮的轮子数量和齿轮的接触形式。
如采用普通传动，则齿轮的几何建模可以基于螺旋角、压力角和基底角实现。
在几何建模中，可以利用压力角确定齿面接触形式，此时必须考虑到内外齿圈的接触状态。
此外，齿轮的有限元模型的建立也是齿轮的精确建模的重要一环。
为此，应将齿轮的建模看作是一个有限元分析的过程，使用有限元方法实现结构的建模和接触分析。
有限元模型的正确性将直接影响到模型的准确性，因此需要根据实际情况采用适当的形式接触和材料参数来实现模型建模。
此外，接触应力也是齿轮精确建模的关键因素。
传统的有限元模型很难正确表征接触部件的精确接触应力。
因此，齿轮接触应力有限元分析被广泛应用于齿轮精确建模中。
这种方法主要是使用更细粒度的有限元模型对齿轮接触情况进行分析，以更精确的方式模拟接触应力分布，进而实现对齿轮的准确建模。
本文介绍了齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析过程。
在几何建模中，考虑齿轮的几何尺寸、齿轮的轮子数量和接触形式。
然后，利用有限元方法实现结构的建模和接触分析，对齿轮接触应力进行分析，以更精确的方式模拟接触应力分布，实现齿轮精确建模。
在机械行业中，齿轮准确建模和性能分析的重要性显而易见。
此外，由于接触应力的影响，齿轮的精确建模也受到越来越多的关注。
必须通过准确的建模和分析，才能解决日益复杂的工程挑战。
因此，有关精确建模和接触应力有限元分析的研究有着重要的意义。
齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析
齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析齿轮传动是一种复杂的机械系统，它包括齿轮、轴、轴承和其他辅助部件，用于传递动力。
它一般用于复杂运动控制和功能，可以运行在不同的工作环境中。
然而，由于齿轮传动系统的复杂性和有限的计算能力，其精确的建模和分析仍然是一项挑战。
为了更好地分析齿轮传动系统的性能，精确的建模是必不可少的。
首先，要能准确地构建齿轮传动系统模型，必须明确它的结构和参数。
其次，需要建立有效的数学模型来描述接触力以及齿轮传动系统在运行时可能出现的复杂现象。
传统的数学模型往往依赖于物理经验来解决两个齿轮之间的接触力，但它们的结果受到系统参数的限制，例如几何形状和刚度，因而不能很好地模拟现实系统的接触力。
考虑到这一点，有限元法是一种能够分析复杂的机械系统的有效的方法。
它可以将机械系统划分为若干个有限的单元，根据每个单元的特性构建有关的数学方程描述，以建立有效的数学模型来模拟复杂物理现象。
有限元技术可以解决齿轮传动系统中接触力的分析问题，提供更准确、可靠的分析结果。
以上是齿轮传动系统建模的基本介绍，接下来，我们将继续讨论齿轮传动系统接触应力有限元分析。
有限元分析主要是根据齿轮接触的形状和厚度，以及接触的负载和位移，建立计算模型来计算齿轮接触的应力。
首先，在齿轮接触情况下，要确定齿轮接触圆面的三维有限元单元模型。
它们通过计算接触圆形面的单元位置、形状、性质，以及单元间的节点结构关系来实现。
其次，在建立的接触圆面有限元单元模型上，建立有关的数学方程来描述齿轮接触时的力和位移变化情况，并计算接触的应力。
最后，根据计算的应力，分析齿轮接触的强度和可靠性，以判断齿轮传动系统的性能。
通过上述方法，可以采用有限元分析来准确地模拟齿轮传动系统中的接触应力，从而准确分析其性能。
有限元分析在齿面传动系统建模中的结果准确，能够更好地模拟不同工况条件下的齿轮接触性能，重点分析其可靠性表现，从而设计出更好的齿轮传动系统。
综上所述，精确的建模是齿轮传动系统分析的重要一步，而有限元分析技术可以有效地模拟齿轮传动系统中的接触应力，以提高齿轮传动系统的设计质量。
有限元分析在齿轮优化中的应用
有限元分析在齿轮优化中的应用有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以帮助工程师在设计和优化过程中进行可靠的预测和分析。
在齿轮设计中，有限元分析成为了一个必不可少的工具，可以帮助工程师快速精确地理解齿轮系统的应力、变形和振动情况，从而进行更好的设计优化。
齿轮系统经常会遭受严重的应力和变形，而这些应力和变形有时会导致系统失效。
通过使用有限元分析，工程师可以在设计阶段得到一个准确的预测，了解齿轮在受到正常和异常负载时的性能。
通过在计算机模型中引入适当的负载、材料和边界条件，可以准确地模拟齿轮系统在不同负载下的应力和变形。
有限元分析还可以帮助工程师寻找齿轮系统中可能存在的振动问题。
这些振动可能会导致齿轮系统的失效，或者是引起噪音和损伤。
通过使用有限元分析，工程师可以识别并解决由网格刚度、耦合效应、材料非线性等因素导致的振动问题。
齿轮系统中的几何形状也会影响其性能。
有限元分析还可以帮助工程师进行形状优化，以提高齿轮系统的效率和减少其失效率。
这种优化可以通过优化齿形状、尺寸和齿轮齿数来实现。
通过建立计算模型，工程师可以进行数字设计评估，快速比较不同设计的效率和性能，并根据优化结果选择最佳的齿轮设计。
在过去，齿轮的设计和测试需要大量时间和实验室工作，而且设计优化可能会遭遇齿轮系统复杂性等一系列困难。
有限元分析为工程师提供了更快、更准确、更可靠的设计方法，简化了齿轮系统的开发流程，并使得齿轮系统的设计变得更自主更高效。
总之，有限元分析在齿轮优化中的应用越来越普遍，它提供的高级数值分析方法帮助工程师快速优化齿轮系统设计，确保齿轮系统在正常和异常负载下的可靠运行，同时减少齿轮系统在设计和生产中的时间和成本。
抱歉，这个问题需要提供更具体的背景和数据信息，否则无法针对性地给出分析。
请提供更多细节和数据信息。
有限元分析在机械领域中的应用很广泛，下面以一个案例为例进行分析。
这个案例是一家重型机械制造公司在设计大型离心机时，遇到的挑战是机身整体结构强度不足，容易导致失效，而传统的试验方法成本过高，需要较长时间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传动齿轮复杂的应力分布情况和变形机理是造成齿轮设计困难的主要原因，而有限元理论和各种有限元分析软件的出现，让普通设计人员无需对齿轮受力做大量的计算和研究，就可以基本掌握齿轮的受力和变形情况，并可利用有限元计算结果，找出设计中的薄弱环节，进而达到对齿轮进行改进设计的目的。
目前，国内在进行相关研究中多应用ansys软件进行分析，由于ansys软件的三维建模功能较弱，生成齿轮建模较为困难。
因此，常常使用ug、proe、SolidWorks等三维软件进行齿轮造型，然后导入到ansys中进行分析，既费时又费力，又容易在模型转换中产生错误。
本次分析采用solidworks软件完成齿轮的三维建模，无缝倒入其集成的有线元分析软件Simulation中对研究减速器中齿轮传动进行接触应力的分析，克服了模型转换时易产生错误的问题。
根据有限元分析结果，与赫兹公式计算结果进行对比，验证了分析结果的可靠性，在保证结构安全可靠运行的条件下，提高设计制造的效率，降低设计研制成本。
一创建新算例
在SolidWorks中调入插件Simulation，创建新算例，选择静态，完成算例创建。
二指定材料
选择Simulation菜单下的材料，单击应用材料到所有，选择SolidWorks materials，然后选择钢，选择1045钢，单击应用，完成材料的指定。
三添加接触对
右键连接，选择相触面组，选择相互啮合的两个齿轮的齿廓面作为一对相触面组，同理，添加另一对相触面组。
接触选择无穿透。
四添加夹具
为了完成一个静态算例，模型必须被正确的进行约束，使之无法移动。
在Simulation study 树中，右键单击夹具，并选择固定几何体，将中间齿轮固定。
同样，对高速小轴的轴向、径向移动进行约束，使其只有绕齿轮回转中心轴的转动自由度。
五施加外载荷
对小齿轮施加扭矩，选择小齿轮的基准轴，面选择为齿轮的齿廓面上，扭矩载荷大小为25.53Nm
六划分网格
划分网格时采用网格控制，将啮合处的齿廓细化网格，其余的为默认设置。
<SPAN p 七运行算例
<SPAN p 单击算例，选择运行，在分析时可以通过解算器的窗口监视运算过程。
八后处理
分析完成后，SolidWorks Simulation自动生成结果文件夹，以及默认的结果图解：应力、位移、应变。
由图可以看出高速小轴齿轮齿根处、齿面接触面应力集中，最大应力472.701MPa，
（这里公式贴不上去，我转换为图片……）,
运用赫兹公式计算的最大应力值为：474.059MPa在Simulation中算出的最大的应力值为472.701MPa，分析结果与设计结果对比，以上两个值相差不超过1%。
因此证明了理论方法的正确性。
查得材料45#钢的接触疲劳强度极限为530MPa，因此，设计的齿轮满足设计要求。