算例分享：齿轮接触分析

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了一个两齿轮啮合接触问题的建模和分析示例。首先，在DM中创建齿轮分析模型，包括绘制草图、创建Extrude对象及镜像对象、建立齿轮柱身、阵列轮齿和建立配对齿轮。然后，按照步骤完成齿轮接触分析的前处理操作，包括启动Mechanical界面、删除自动创建的接触对、上齿接触面指定和下齿接触面指定。最后，进行网格划分、施加载荷及边界条件并求解模型，以及进行结果的后处理操作。

本文给出一个两齿轮啮合接触问题的建模和分析示例。

       1.问题描述

分析下图所示的齿轮接触问题。分析中假设左边齿轮固定，右边齿轮中心受到1000N.mm扭矩作用，通过接触传递力给左边的齿轮。

2齿轮建模过程

在DM中创建齿轮分析模型。

(1)绘制草图

切换到Sketching模式，绘制如下图所示的齿面轮廓，其中各点的坐标坐标列于表1中。

表1 坐标点

(2)创建Extrude对象及镜像对象

切换至Modeling模式，加入Extrude对象，拉伸草图Sketch1，拉伸厚度为30mm，最终的拉伸效果图如下图所示。

基于拉伸模型通过Create>Body Operation的Mirror进行镜像，结果如下图所示。

(3)建立齿轮柱身

创建草图并拉伸，如下图所示。

(4)阵列轮齿

通过菜单Create>Pattern加入阵列对象，Pattern Type设置为Circular，设置z轴为Axis，**份数为27份，阵列效果图如下图所示。

(5)建立配对齿轮

**第一个齿轮并进行旋转建立配对齿轮，如下图所示。

至此，齿轮分析的几何模型已经创建完成，关闭DM返回Workbench环境。

3齿轮接触分析

按照如下步骤完成齿轮分析的前处理操作。

(1)启动Mechanical界面

在Project Schematic窗口中，鼠标左键双击A4 Model单元格进入Mechanical。

(2)删除自动创建的接触对

在窗口左侧Project树中依次展开Model(A4)>Connections>Contacts，删除程序自动探测生成的接触对。

(3)上齿接触面指定

鼠标右键单击Contacts，选择Insert>Manual Contact Region，插入新的接触对，建立两个齿轮上齿接触面之间的接触关系，在其Details中的具体属性设置如下：

①在Scope中的Contact项中选择-Y向齿轮接触齿齿面；

②在Scope中的Target项中选择+Y向齿轮接触齿齿面；

③将Definition中的Type项改为Frictionless；

④将Advanced中的Formulation改为Pure Penalty，Interface Treatment项改为Adjust to Touch。

(4)下齿接触面指定

参照上一步，建立两个齿轮下齿接触面之间的接触关系如图所示。

(5)网格划分

沿厚度方向设置10份，并在齿轮啮合面上设置合适的单元尺寸后，用鼠标右键单击Mesh，选择Generate Mesh，对齿轮进行网格划分。离散后的有限元模型如下图所示。

按照如下的步骤施加载荷及边界条件并求解模型。

(1)施加Fixed Support约束

选择Static Structural(A5)分支，在其上下文菜单中选择Support>Fixed Support，然后在Details中Geometry项下选择+Y方向齿轮的内圆柱面。

(2)施加Frictionless Support

选择Static Structural(A5)分支，在上下文菜单中选择Support>Frictionless Support，在Details中Geometry项下选择-Y方向齿轮的内圆柱面。

(3)施加扭矩

选择Static Structural(A5)分支，在上下文菜单中选择Loads>Moment，然后在Details中进行如下设置：

①在Geometry中选择-Y方向齿轮的内圆柱面；

②将Definition中的Define By改为Components，在Z Component中输入1Nm。

完成载荷及边界条件施加的模型如图所示。

(4)选择菜单File>Save Project，保存分析项目。

(5)选择Solution(A6)分支，点Solve按钮，执行求解。

计算完成后，按照如下步骤进行结果的后处理操作。

选择Solution(A6)分支，在上下文工具栏中选择Stress>Equivalent（Von-Stress）。

鼠标右键单击Solution(A6)然后选择Evaluate All Results，图形显示窗口中绘制出齿轮上的等效应力分布云图，如下图所示。