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有限元分析的目的是要還原一個實際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，所以分析必須是針對一個物理原型準確的數(shù)學(xué)模型。廣義上講，模型包括所有的節(jié)點、單元、材料屬性、實常數(shù)、邊界條件，以及其它表現(xiàn)這個物理系統(tǒng)的特征來進行強度分析。實體建模方法能夠直接和模型的幾何特征打交道，無需關(guān)注有限元模型特定的幾何特征。
有限元模型是對實際結(jié)構(gòu)和物質(zhì)的數(shù)學(xué)表示方法。由于ANSYS把有限元模型的幾何特征和邊界條件的定義與有限元網(wǎng)格的生成分開進行，減少了模型生成的難度。幾何模型并不參與有限元分析，必須進行網(wǎng)格劃分，以生成有限元分析模型。所有施加在幾何實體邊界上的載荷或約束都最終傳到有限元(節(jié)點和單元)上進行求解。一對齒輪的嚙合過程是從從動齒輪的齒頂與主動輪的齒根嚙合時開始，到主動齒輪齒頂與從動輪齒根嚙合時結(jié)束。由于不同位置嚙合時，接觸應(yīng)力不同，所以下研究分析不同位置嚙合的情況。在ANSYS中建立錐齒齒輪實體過程很復(fù)雜。首先要利用漸開線方程繪出一個齒端面上的多個點，再將這些點用多意線連成線，如圖所示。利用多意線建立一個齒的端面。再用工作平面坐標系(wp)畫出另一個端齒的輪廓線，并用同樣的方式建立端面，如圖又在兩個端面之間建立側(cè)面(沿Z方向)，利用側(cè)面和兩個端面來生成齒體，如圖把當前坐標系改為柱坐標系，通過已建立一個齒沿Y方向(Y=360，TG)旋轉(zhuǎn)復(fù)制生成整體，再把體相加，便得到整個齒。
建立的有限元模型將從齒輪中取出一個齒來分析。實體建模的最終目的是為了劃分網(wǎng)格以生成節(jié)點和單元。生成節(jié)點和單元的網(wǎng)格劃分過程包括兩個步驟：在生成節(jié)點和單元之前，必須定義合適的單元屬性。需要定義的屬性有：單元類型、實常數(shù)、材料特征。ANSYS提供了200種不同的單元類型，以適用于各種工程的分析。這里選用的是Solid45單元，該單元用于計算三維實體結(jié)構(gòu)，由8節(jié)點組合而成，每個節(jié)點具有X，Y，Z位移方向的3個自由度，單元可分析塑性、膨脹、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變的特征，該單元可以在六個面上加力。定義材料屬性：ANSYS中的所有分析都需要輸入材料屬性。根據(jù)應(yīng)用的不同，材料可以是：線性或非線性、各向同性、正交異性或非彈性、不隨溫度變化和隨溫度變化。該研究是對輪齒進行強度分析，選用的Solid45單元需要定義材料的彈性模量E和材料的泊松比u，構(gòu)造完美實體模型的關(guān)鍵是對實體的網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和優(yōu)劣將對計算結(jié)果產(chǎn)生相當大的影響。
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