有限元分析论文--基于高速旋转齿轮的有限元分析.doc

机械1003班 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，包括齿面受到的压力，啮合时的接触应力以及自身离心力。在此过程中，齿轮将发生形变，为此我们需要对其进行分析，确保其结构的稳定性，这对于齿轮泵安全有效地运行具有很重要的意义。 关键词：高速齿轮、平面静力分析、接触应力分析、离心力分析 分析对象 这里我们分析的对象是齿轮泵中高速运转的齿轮，在ANSYS中我们建立了标准齿轮模型，其各项数据如下表所示 齿顶直径 24 mm 齿底直径 20 mm 齿数 10 厚度 4 mm 弹性模量 2.06E11 pa 密度 7.8e3 kg/m3 最大转速 62.8 rad/s 摩擦系数 0.1 啮合齿轮中心距 44 mm 表1 齿轮泵高速齿轮参数 平面静力分析 1、分析问题 为了考查齿轮泵在高速运转时，齿轮发生多大的径向位移，从而判断其变形情况，以及齿轮运转过程齿面受到的压力作用。在这里我们将齿轮的空间结构简化为平面模型，并分析其平面应力情况。 此处的静力分析为线性静力分析，求解步骤分为建模、施加载荷和边界条件并求解、结果分析和评价三个步骤，下面依序进行。 2、建立模型 2.1　定义单元类型 根据齿轮的平面几何对称性和此处分析类型，我们选择四节点矩形单元PLANE42。PLANE42不仅可以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。每个节点2个自由度：x,y方向。具有塑性，徐变，膨胀，应力强化，大变形，大应变能力。 可以看出在齿轮高速旋转时，齿顶处所受应力相对较小仅为0.41E7 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，由于多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、采用表面强化处理等。 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，只对一个基本扇区建模和分析，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，进而进行离心力分析。 2、建立模型 　　2.1 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 图5 径向应力分布图 10