基于ANSYS的渐开线斜齿轮建模研究

基于ＡＮＳＹＳ的渐开线斜齿轮建模研究

摘 要：本文介绍了ANSYS环境下的渐开线斜齿轮的三维建模方法。通过简单的计算查表建立精确的渐开线，便于理解掌握。本文利用这种方法进行了渐开线斜齿轮的三维建模，并对齿轮进行了模态分析。

关键词：ANSYS；渐开线斜齿轮；建模；计算

1序论

齿轮是机械传动中最重要的零件之一，广泛的应用在机床、车辆、船舶和航空器的传动装置中。齿轮精确的三维造型是齿轮机构动态仿真、NC加工、干涉检验以及有限元分析的前提，因此用渐开线方程来控制轮齿的齿廓曲面形状以及对齿轮实现整体尺寸驱动具有重要意义。渐开线斜齿轮由于齿面为空间渐开线螺旋面，且其端面齿形与法面齿形不同，因此三维建模比较困难。尽管ANSYS 提供了同大多数CAD软件的接口。如CATIA、Pro/E、UG，并可将模型通过IGES、SAT等图形数据格式导入，以减少建模的周期，提高建模效率。但在外部数据导入的同时，由于数据的兼容性等问题，有时并不是很理想。因为模型的建立只是有限元分析的一个步骤，还必须考虑单元网格划分、施加约束、加载和在后处理中查看结果等系列问题，导入的模型由于各实体元素的编号不能控制，给后继问题的处理带来很大不便。而在ANSYS环境下建立的三维齿轮模型，可以为求解和后处理带来极大的方便。

2ANSYS环境下渐开线齿轮三维建模原理

在ANSYS环境下的斜齿轮建模方法:根据齿轮的有关参数生成齿坯和齿槽面，将齿槽面沿螺旋线挤出体，旋转阵列出周边齿槽体，再从齿坯中减去螺旋齿槽体，从而生成齿轮。按照这种方法建立的斜齿轮三维模型生成速度快，模型特征较少，并且在ANSYS环境下有利于进行加载、求解和数据后处理等后续工作。

ANSYS环境下渐开线斜齿轮三维造型的具体步骤如下：

（1）按照齿顶圆直径和齿轮厚度建立齿坯。

（2）根据齿轮参数、渐开线极坐标方程和齿根过渡曲线的参数方程构造齿槽的一条端面渐开线及齿根过渡曲线，然后镜像出齿槽的另一条端面渐开线及齿根过渡曲线，再画齿顶圆和齿根圆弧线，把这几条线通过布尔加运算生成齿槽面。

（3）根据齿轮螺旋角构造分度圆柱螺旋线。

（4）将端面齿槽面沿分度圆柱螺旋线进行挤压，拉伸出齿槽实体。

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