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本文介紹ANSYSWorkbench軟件及其與Pro/ENGINEERWildfire2.0的無縫連接方法，在Pro/ ENGINEERWildfire2.0環(huán)境中建立漸開線少齒差行星傳動內(nèi)嚙合齒輪的幾何模型，應(yīng)用有限元原理在協(xié)同仿真軟件AWE中對內(nèi)嚙合齒輪進(jìn)行接觸分析，并對結(jié)果進(jìn)行分析。
1ANSYSWorkbench有限元分析的步驟
ANSYSWorkbench每一個分析都包括4個主要步驟。
初步?jīng)Q定前處理求解后處理
2Pro/E中內(nèi)齒輪嚙合模型的建立
Pro/ENGINEER是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是一個參數(shù)化，基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能，可以快捷地實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體建模，因此本文運(yùn)用該軟件來進(jìn)行建模工作。
圖2少齒差行星傳動模型少齒差行星傳動齒輪模型的建立，先要分步造出外齒輪和內(nèi)齒輪，然后通過裝配命令將二者按正確位置裝配起來，具體步驟如下：（1）設(shè)置齒輪的基本參數(shù)；（2）建立計算齒輪各幾何尺寸的關(guān)系表達(dá)式；（3）建立齒輪的基本實(shí)體特征；（4）創(chuàng)建基本曲線和齒廓曲線：輸入漸開線方程；（5）切出第一個齒槽特征；（6）完成齒輪的制作；（7）檢查并添加尺寸之間的關(guān)系式。
這樣就完成了一個齒輪三維模型的建立，裝配后形成少齒差行星傳動齒輪模型。
3Pro/E與ANSYSWorkbench的連接ANSYSWorkbench有強(qiáng)大的輸入接口，Pro/ENGINEER也有強(qiáng)大的輸入輸出接口，兩者之間可以進(jìn)行圖形和數(shù)據(jù)的交換，這樣用戶能在數(shù)據(jù)共享的前提下，根據(jù)不同的用途采用不同的軟件。就少齒差行星傳動中的齒輪而言，在ANSYSWorkbench中不可能構(gòu)造出精確的模型，但是利用Pro/ENGINEER強(qiáng)大的參數(shù)化功能可以建立精確的模型。而FEM有限元分析工作可在ANSYSWorkbench中完成，這樣揚(yáng)長避短，達(dá)到事半功倍的效果。
有兩種方式可以導(dǎo)入幾何模型：一種以Reader，這種方式不需要運(yùn)行Pro/ENGINEER系統(tǒng)，首先啟動ANSYSWorkbench，新建一個EmptyProject，單擊LinktoGeometryFile下的Browse……，選擇幾何文件名，然后設(shè)置DefaultGeometryOptions及其AdvancedGeometryDefaults選項(xiàng)，單擊CADGeome2 tryTasks下面的NewSimulation，開始導(dǎo)入過程；另一種以Plug-In，要求運(yùn)行Pro/ENGINEER.首先在Pro/ENGINEER中打開齒輪嚙合的裝配模型，然后從ANSYS9.0菜單選擇Simulation來自動導(dǎo)入模型。本文采用第二種方式。
4基于集成平臺的內(nèi)嚙合齒輪CAE分析
模型劃分后的有限元網(wǎng)格接觸是一種常見的物理現(xiàn)象，它涉及到接觸狀態(tài)的改變，還可能伴隨有熱，電等過程，因此成為一個復(fù)雜的非線性問題。齒輪嚙合就是一種接觸行為，用有限元法對其進(jìn)行接觸應(yīng)力分析具有很重要的意義。
?。?）有限元網(wǎng)格劃分。內(nèi)齒輪材料為45鋼，調(diào)制處理，許用接觸應(yīng)力為690MPa；行星輪材料為40Cr鋼，調(diào)制處理，許用接觸應(yīng)力為798MPa.在ANSYSWorkbench中，選擇ElementShape中的AutoSweepifPossible對兩個齒輪進(jìn)行單元劃分，同時指定ElementSize為3mm，用接觸單元CONTACT174對內(nèi)齒輪和行星輪的嚙合接觸齒廓進(jìn)行劃分，用目標(biāo)單元TARGE170對行星輪與內(nèi)齒輪的嚙合齒廓進(jìn)行劃分，共生成102801個SOLID187單元，1202個CONTACT174單元和893個TARGE170單元。
?。?）載荷與邊界條件。內(nèi)齒輪外圓柱面施加固定約束，行星輪既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)，所以，在小齒輪的內(nèi)圓柱面上施加一個圓柱面約束，并且設(shè)定其徑向和切向?yàn)樽杂?，同時，施加一個大小為518.590Nm的力矩。
?。?）求解。ANSYSWorkbench用的求解器仍然是ANSYS求解器，對于非線性問題，ANSYS的方程求解器采用帶校正的線性近似來求解，它將載荷分成一系列的載荷向量，可以在幾個載荷步內(nèi)或一個載荷步的幾個子步內(nèi)施加。
5結(jié)語
齒輪嚙合接觸等效應(yīng)力（380倍的放大圖），齒輪嚙合最大接觸應(yīng)力的變化情況表明，齒輪的接觸應(yīng)力在接觸點(diǎn)時達(dá)到最大值，最大值為209.64MPa，小于齒輪的許用接觸應(yīng)力值，從而驗(yàn)證所建模型的正確性。
通過接觸仿真分析，能夠真實(shí)地表明輪齒嚙合的實(shí)際受力狀態(tài)，明確應(yīng)力的分布區(qū)域及最大，最小應(yīng)力值，避免了傳統(tǒng)算法中查圖或查表的復(fù)雜性以及計算的繁瑣性，為齒輪接觸強(qiáng)度評價提供更可靠，更有價值的信息，也為齒輪的動態(tài)設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計打下新的基礎(chǔ)。
