【瞬态动力学】斜齿轮齿面摩擦接触分析
引言
瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是确定承受任意随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。
瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用静力学分析代替瞬态分析。
摩擦接触
ANSYS采用弹性库伦coulomb
模型,允许粘合和滑移,通过插入命令流的形式可以定义静摩擦系数、初始粘合力等。
ANSYS Workbench中摩擦接触选项中只能输入动摩擦系数。
- 输入动静摩擦系数能够使摩擦转化更为平滑,使得收敛性更好。
- 摩擦接触子步数一定要足够多,满足相应精确解的要求。
- 当摩擦系数设置超过0.3时,接触刚度矩阵变为非对称矩阵,需要调用非对称求解器
斜齿轮摩擦接触实例
材料属性
插入瞬态分析模块,定义默认材料结构钢,导入斜齿轮结构模型。
定义接触
摩擦接触,摩擦系数为0.2,插入接触工具,检查初始接触状态
- 穿透不可以存在!
如下图插入两个旋转关节,定义位置在齿轮内圈(刚性)
网格设置
网格密度设置为高,打开网格中节点,设置高阶单元,
- 为了在网格密度不高的情况下,提高接触精度
将初始接触状态调整为adjust to touch,对应keyopt(5)=1和keyopt(9)=1
- 该目的是为了将初始穿透调整为0
边界条件
如下图所示,通过关节负载可以定义主动齿轮转速1500rmp,从动齿轮负载扭矩200Nm
结果分析
Von-mises应力结果,如下图所示,由于关节定义为刚性,故齿轮内圈并无等效应力
最大接触应力发生在接触齿面