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论零件典型零件参数化设计及有限元分析

最后更新时间:2023-12-20 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:5007 浏览:13919
论文导读:。创建完成后,该齿轮模型就形成了参数化驱动模型。只要给出不同的模数、压力角,就可以自动生成三维齿轮实体模型。轴的参数设计跟齿轮一样,如(图6)所示。生成轴的实体图,如(图7)所示。2.2齿轮轴有限元分析将建立的模型导入ANSYSWORKBENCH,如果在安装ANSYS的时候选择了与UG内接,就可以在UG中直接打开,如(图
摘要:本文运用UG 建模模块,实现齿轮轴的参数化造型,并准确建立了齿轮轴的三维模型。将其导入ANSYS WORKBENCH,通过有限元分析得出轮齿轴的应力、应变状况,该结果对相关零件的设计、改进提供了一定的参考价值。
关键词:UG 齿轮轴 有限元分析
1007-9416(2013)07-0156-03
1 引言
UG是集CAD/CAM/CAE 于一体的软件系统,提供强大的实体建模功能,提供了高效能的曲面建构能力,完成复杂的实体造型设计。UG软件中的参数化设计中的图元都是以构件的形式出现,参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来。任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图,以保证所有图纸的一致性。从而提高了工作效率和工作质量。
有限元分析也称为有限单元法或有限元素法,基本思想是将物体(即连续求解域)离散成有限个且按一定方式相互连接在一起的单元组合,来模拟和逼近原来的物体,从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。
本文主要利用大型三维建模分析软件UG对齿轮轴进行了三维建模,并在此基础上应用一种新型方法对轮齿进行了更加准确的加载和有限元分析。[3]
2 齿轮轴参数化建模
UG完成复杂的实体造型设计包括建模模块、装配模块和制图模块等,可以方便的建立各种复杂结构的三维参数化实体装配模型和部件详细模型,并自动生成用于加工的平面工程图纸。以齿轮轴为例设计参数参照其进行分析。[3][4][6]

2.1 齿轮轴实体造型

(1)建立齿轮实体。进入草图模式,建立齿坯实体。如(图1)所示
(2)计算渐开线长度理论公式;齿轮轮廓渐开线的长度是基圆与齿顶圆所截得渐开线的长。根据渐开线的形成原理,为了便于计算转化,建立渐开线的直角坐标方程为:
其中,L为渐开线长度,为积分起始角,为积分终角;
(3)利用参数化建模功能,建立齿轮模型。在表达式对话框中依次输入各项参数名称及其值。如(图2)所示。 主要输入表达式如下:
生成渐开线,如(图3)所示。
创建基圆、分度圆、齿根圆、齿顶圆,并生成齿槽轮廓。如(图4)为镜像后的渐开线。
创建齿轮的基本实体源于:电大毕业论文www.7ctime.com
及轮齿的三维实体模型,如(图5)所示。创建完成后,该齿轮模型就形成了参数化驱动模型。只要给出不同的模数、压力角, 就可以自动生成三维齿轮实体模型。
轴的参数设计跟齿轮一样,如(图6)所示。
生成轴的实体图,如(图7)所示。

2.2 齿轮轴有限元分析

将建立的模型导入ANSYS WORKBENCH,如果在安装ANSYS的时候选择了与UG内接,就可以在UG中直接打开,如(图8)所示。
(1)轴的工作能力理论分析;对于只传递扭转的圆截面轴,强度条件为:
(2)施加载荷;在用ANSYS WORKBENCH中进行分析时,加载方案的确定是很关键的一部分。针对齿轮,加载方式可选择线载荷对线段加载和面载荷(压强)对面进行加载。由于齿轮在啮合过程中其接触区域实际上是一个小面,且在ANSYS WORKBENCH中线载荷对齿面的作用方向亦很难精确定位,所以本文选用面载荷对面进行加载。选择面载荷加载方式的关键是确定加载位置和接触区域面积。在此确定加载位置所采用的方法是:首先计算出齿轮齿廓渐开线的总曲线长度L,然后设定加载位置距离渐开线起始位置的曲长度Lx,通过Lx和L比例值来确定。齿轮啮合过程中接触区域可看作一个长度为宽b,宽度为轮齿接触宽度t 的微小矩形,所以其面积可求。
(3)几何模型的有限元网格划分;有限元网格划分是将几何模型转化为由节点和单元构成的有限元模型。为了保证计算的精度,轮齿与齿根圆过渡部分的网格需要进行细化处理。得到有限元模型如(图9)所示。

2.3 求解及后处理

利用ANSYS WORKBENCH丰富的数图表后处理功能,得到它的应力云图(如图10所示)、变形云图(如图11所示)。
从图中可以看出齿轮跟轴所受最大应力为5371.3MP,而齿轮和轴现在的所受的应力为3580.9(区域),所以齿轮跟轴不会过载折断。[5]
3 结语
通过本文从参数化建模到有限元分论文导读:6.范小刚,徐辅仁,隋鹏,全世欣.基于齿数的渐开线直齿轮参数化建模.航空精密制造技术,2005(1):60-62.肖爱民,潘海彬.三维机械设计实例教程.北京:化学工业出版社,2007.杜立彬,石勇,郭旭伟.精通UGNX6.0.北京:电子工业出版社,2009.白剑锋,贺靠团.基于UG的渐开线圆柱齿轮参数化设计.现造工程,2006(2):118—
析的探讨,参数化建模的功能非常方便,利用参数可以精确控制模型的轮廓。而且任何参数发生变化时,只需要在“表达式”对话框中进行修改即可,不必再重新进行公式的编辑等繁杂操作。
在ANSYS WORKBENCH分析过程中,利用渐开线长度和某时刻接触宽度的比值确定了加载的具体位置。利用ANSYS WORKBENCH中以线划分面的功能实现了载荷的准确定位,使得分析结果与实际工作状况更加贴近。
参考文献
张悦刊,钟佩思,杨俊茹.对直齿圆柱齿轮Pro/E 参数化设计及ANSYS 有限元分析[J].煤矿机械,2006(4):627-629.
段进,倪栋,王国业.ANSYS 10.0 结构分析从入门到精通.北京:兵器工业出版社.2006.
[3]范小刚,徐辅仁,隋鹏,全世欣.基于齿数的渐开线直齿轮参数化建模[J].航空精密制造技术,2005(1):60-62.
[4]肖爱民,潘海彬.三维机械设计实例教程[M].北京:化学工业出版社,2007.
[5]杜立彬,石勇,郭旭伟.精通UG NX

6.0[M].北京:电子工业出版社,2009.

[6]白剑锋,贺靠团.基于UG 的渐开线圆柱齿轮参数化设计[J].现造工程,2006(2):118—121.