齿轮啮合分析（网格划分部分）

2017-04-26  by:CAE仿真在线  来源:互联网

齿轮啮合问题算是接触分析中比较麻烦的了,因此打算分成网格划分-静力分析-理论对比三个部分进行说明。

问题说明
一对啮合齿轮,小齿轮齿数20,大齿轮齿数30,材料均为铸钢(齿轮具体参数见下),大齿轮负载转矩为60000N.mm,试分析小齿轮稳定转动0.5弧度过程中的接触应力并与赫兹解进行对比。

几何模型

几何模型采用gear trax齿轮插件进行建模,具体尺寸如下,在solidworks中得到实体装配模型

由于实体模型全齿分析计算量太大,因此整体简化成带有厚度的平面应力问题。在solidworks中对每个齿轮在中面上进行实体转换,得到啮合状态下的二维齿轮模型,然后导出为step(其他通用格式也行)模型文件并由hypermesh进行读取。

几何模型处理

由于齿轮属于高度对称模型,因此只需建立部分齿,然后进行对称与旋转即可得到全齿模型。故将导入的齿轮分别进行切割,删除多余部分,得到以下用于划分网格的模型(删除前先通过geom-distance找到两个齿轮的圆心用于后续的网格处理)

分别对上述半齿进行网格划分。为了得到质量更好的网格,因此划分之前先对齿面进行切割,以方便全四边形网格的划分。由于最大应力在齿面和齿根处,而中间应力较小,因此需要对靠近齿面和齿根处的网格划分得更密,内部的网格可以适当粗些以减少计算量。下面对一种切割方法进行说明,总体来说还是比较合适的。

半齿网格划分

这样划分很好保证周边应力网格质量,但是内部有些地方明显长宽比就有点超标了,但是由于这些地方并不会出现应力集中等现象,而我们关注的也只是边缘部分,因此就算质量差一点也不影响精度,但是会降低很大的计算量。同样的方法划分另一个半齿。

网格扩展

由于需要分析旋转0.5弧度(大概两个齿)的应力情况,因此将前面得到的部分网格进行对称与旋转处理,得到三个齿的网格模型如下(记得合并一下接合处节点),如果需要模拟整个周期的转动情况也可以获得全齿轮,但是由于后面准备将该分析当成静力分析处理,因此没有必要转动整周,只需要几个齿的应力情况即可。

至此网格划分部分结束。

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