基于ANSYS齿轮传动有限元分析及优化
5 求解结果的分析和优化
5.1 求解结果查看
（1）变形图：单击Main Menu>Preprocessor>General Postproc>Plot Results>Def ormed Shape,弹出Plot Deformed Shape对话框，选择Def+undf edge，如图5.1，单击OK，变形图如图5.2
图5.1 Plot Deformed Shape对话框
图5.2 变形图
（2）节点位移图：
单击Main Menu>Preprocessor>General Postproc>Plot Results>Contour Plot> Nodal Solu，弹出Contour Nodal Solution Data对话框，如图5.3所示。选择DOF Solution/Displacement vector sum,单击OK，节点位移云图如图5.4所示。
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求解结果的分析和优化
图5.3 Contour Nodal Solution Data对话框
图5.4 节点位移云图
（3）节点应力云图：单击Main Menu>Preprocessor>General Postproc>PlotResu lts>Contour Plot>Nodal Solu出现如图5.3所示的对话框，单击Stress>Von Miss stresss再点击OK,出现如图5.5、5.6所示的应力云图。
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图5.5 节点应力云图
图5.6 啮合部位节点应力云图
5.2 结果分析及结论
从图5.4 节点位移云图中得出：从轮齿的节点位移情况看, 小轮齿距离啮合部位最
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远的部分节点位移最大，在大小齿轮的啮合部分的节点位移最小，但就大齿轮而言在与小齿轮的啮合部分的节点位移最大，距离啮合部分一段距离后没有节点位移。
从图5.5、5.6节点应力云图中得出：齿根应力分布特性是衡量齿轮传动性能的重要指标。啮合齿对中, 主动小齿轮的啮合轮齿齿根处Von Mises 应力分布，从动大齿轮的啮合轮齿齿根处Von Mises 应力分布如图5.6所示。从轮齿啮合状态下的应力和变形分布情况看, 齿轮轮齿的应力和变形主要分布啮合齿对上, 在与之相邻的轮齿和齿轮本体上, 则随着啮合点距离的增加而迅速减小。在啮合齿对上, 又以啮合点处的应力和变形最大。在啮合齿对的齿根处, 其应力值也较大。
利用ANSYS对齿轮接触问题进行分析可以得到较为精确的节点位移图和应力云图。
在接触问题的数值模型中，接触单元的选择、网格的划分、界面约束方法、摩擦模型、求解方法、接触刚度、初始接触条件、加载的方式都是影响计算结果的重要因素。 5.3 对齿轮的优化
从图5.4、5.6、5.7中看出齿轮最大应力集中在两齿啮合的部位和齿根部位，也就是说如果齿轮失效这些部位将最先失效，如何优化齿轮的关键就在于如何优化这些部位减少这些部位的应力增强其受力能力。
（1） 可采用更高强度的材料，但可能成本上升较大。
（2） 对齿轮的啮合部位和齿根部位进行加工处理增大它们的强度和韧性。 （3） 对啮合部位经常进行润滑处理减小摩擦。
（4） 采用更先进的技术加工更先进的齿形以改善齿轮啮合时的线接触。
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6 全文总结与展望
6.1 全文总结
在完成本论文的过程中遇到了很多的问题，第一个问题是如何作出齿廓线，第二个
问题是如何划分网格，第三个是如何创建接触对，第四个是如何进行求解控制。
（1）在ANSYS中创建模型对一个初学ANSYS软件的人来说是有相当的难度的，我通过查阅资料自己学习和向老师请教最后编写了渐开线的APDL命令流，其余的工作大多利用界面操作完成。由于这是在ANSYS中直接建模，利用参数化建模技术，只要改变相应的齿轮参数就可以生成相应的齿轮模型，为齿轮啮合传动分析的建模，节约了大量的时间，提高了效率。
（2）划分网格的方法的有很多种，如何在这么多的方法中选择一个适用于我创建的齿轮模型费了很大的功夫，通过学习和查阅资料最后确定了利用扫略网格划分方式，在第一次对齿轮面划分网格的时候总划分失败，警告时有小角度。最后通过重新创建模型解决了这个问题。
（3）创建接触对相对比较简单，但是接触属性的设置至关重要，无论是算法、接触刚度、接触情况还是接触点的位置等等只要修改其中的一项得到的结果就可能千差万别，还可能导致不收敛。
（4）对于非线性的求解问题，加载是通过多载荷步方式逐步加载上的，对于每个载荷步，应以足够的载荷子步保证求解的准确。
虽然整个过程比较漫长和艰难，但是通过老师的帮助和自己的努力都一一克服。并通过这次的论文获益良多。 6.2 工作展望
尽管本论文在ANSYS中建模，同时对齿轮的变形和应力进行了分析，但由于在ANYS创建模型是从上到下建模方式，在创建齿廓线时只是相对精确。还有就是ANSYS的求解结果的正确性只能靠用户自己保证。
由于受到时间和本人知识的能力水平的限制，本文所做的工作还不够完整全面，任然有以下问题有待进一步的开展研究：
（1）本文只是对齿轮进行了接触分析，还可以对齿轮进行模态分析和瞬态动力分析，这一部分内容有待于作进一步的研究分析。
（2）本文只对齿轮进行静力分析，而且没考虑惯性、温度等，这一部分内容有待于作进一步的研究分析。
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