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ANSYS在机械设计中的应用 
摘要:在机械设计中运用ANSYS软件进行有限元分析是今后机械设计发展的必然趋势,将有限元方法引入到机械设计课程教学中,让学生参与如何用有限元法来求解一些典型零件的应力,并将有限元结果与教材上的理论结果进行对照。这种新的教学方法可以大大提高学生的学****兴趣,增强学生对专业知识的理解和掌握,同时还可以培养学生的动手能力。在机械设计课程教学中具有很强的实用价值。 
 
关键词:机械设计  有限元  Ansys 
 
前言:机械设计课程是一门专业基础课,其中很多教学内容都涉及到如何求取零件的应力问题,比如齿轮、v带、螺栓等零件。在传统的教学过程中,都是根据零件的具体受力情况按材料力学中相应的计算公式来求解。比如,在求解齿轮的接触应力时,是把齿轮啮合转化为两圆柱体的接触,再用公式求解。这些公式本身就比较复杂,还要引入各种修正参数,因此我们在学****这些内容时普遍反映公式难记,学****起来枯燥乏味,而且很吃力。 
近年来有限元法在结构分析中应用越来越广泛,因此如果能将这种方法运用到机械设计课程中,求解一些典型零件的应力应变,并将分析结果和教材上的理论结果进行对比,那么无论是对于提高学生学****的热情和积极性,增强对重点、难点知识的理解程度,还是加强学生的计算机水平都是一件非常有益的事情。   
   由于直齿圆柱齿轮的接触强度计算是机械设计课程中的一个重要内容,齿轮强度的计算也是课程中工作量最繁琐的部分。下面就以渐开线直齿圆柱齿轮的齿根弯曲疲劳强度的计算为例,探讨在机械设计课程中用ANSYS软件进行计算机辅助教学的步骤和方法,简述如何将有限元方法应用到这门课程的教学中。   
  
传统方法把轮齿看作宽度为b的矩形截面的悬臂梁。因此齿根处为危险剖面,它可用30。切线法确定。如图l所示。 作与轮齿对称中心线成30。角并与齿根过渡曲线相切的切线,通过两切点作平行与齿轮轴线 
的剖面,即齿根危险剖面。理论上载荷应由同时啮合的多对齿分担,但为简化计算,通常假设全部载荷作用于齿顶来进行分析,另用重合度系数E对齿根弯曲应力予以修正。
 
由材料力学弯曲应力计算方法求得齿根最大弯曲应力为: 
 
式中:K是载荷系数;T是齿轮传递的名义转矩;b是齿宽;d是齿轮分度圆直径:m是模数;Yfd是齿形系数;Ysa是应力修正系数;Yg是重合度系数。  
 
  
(1)建立几何模型 在ANSYS软件中,根据圆柱直齿轮的齿廓和过渡曲线坐标建立几何模型。齿轮具体参数为分度圆压力角是20。,,,,齿数是23。  (2)约束条件和边界处理 当轮齿受力时,齿轮体不可能是绝对刚性,与轮齿相连部分也有变形,,可以近似看作该处的实际位移为零;另外,两侧齿间中点处的位移很小,可以忽略不计,也可以认为该处的实际位移为零,这样即可划定其零位移约束边界。模型中,可在零位移约束边界的各节点处安装铰支座来实现。因此,对于单齿模型,若齿轮的模数为m,则零位移约束边界的范围为:横向宽取5m,。 
(3)单元类型的选择 在有限元计算模