《ANSYS 14有限元分析自学手册》一2.8 实例导航——齿轮泵齿轮的建模-阿里云开发者社区

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《ANSYS 14有限元分析自学手册》一2.8 实例导航——齿轮泵齿轮的建模

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本节书摘来自异步社区《ANSYS 14有限元分析自学手册》一书中的第2章,第2.8节,作者 李兵 , 宫鹏涵,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.8 实例导航——齿轮泵齿轮的建模

ANSYS 14有限元分析自学手册
建立模型包括设定分析作业名和标题,以及建立几何模型。

1.设定分析和标题
在进行一个新的有限元分析时,通常需要修改数据库名,并在图形输出窗口中定义一个标题来说明当前进行的工作内容。

(1)从实用菜单中选择Utility Menu:File > Change Title命令,将打开“Change Title”(修改标题)对话框,如图2-129所示。

image

(2)在“Enter new title”(输入新标题)文本框中输入文字“static analysis of a gear”,为本分析实例的标题名。

(3)单击“OK”按钮,完成对标题名的指定。

(4)从实用菜单中选择Plot> Replot命令,指定的标题“static analysis of a gear”将显示在图形窗口的左下角。

2.建立齿轮面模型
在使用PLANE系列单元时,要求模型必须位于全局XY平面内。默认的工作平面即为全局XY平面内,因此可以直接在默认的工作平面内创建齿轮面。

(1)将激活的坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical。

(2)定义一个关键点。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在“Keypoints number”文本框中输入“1”,X=15, Y=0,单击“OK”按钮,如图2-130所示。
image

(3)定义一个点作为辅助点。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在“Keypoints number”文本框中输入“110”,X=12.5,Y=40, 单击“OK”按钮,如图2-131所示。

(4)偏移工作平面到给定位置。

① 从应用菜单中选择Utility Menu: WolrkPlane > Offset WP to > Keypoints。

image

② 在ANSYS图形窗口选择110号点,单击“OK”按钮。

③ 偏移工作平面到给定位置后的结果如图2-132所示。

(5)旋转工作平面。

① 从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP by Increments。

② 将打开选择对话框,在“XY,YZ,ZX Angles”文本框中输入“-50,0,0”,单击“OK”按钮,如图2-133所示。

image

(6)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane。

(7)建立第二个关键点。

① 从主菜单中选择Main Menu: Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在“Keypoints number”文本框中输入2,X=10.489, Y=0,单击“OK”按钮,如图2-134所示。

image

③ 所得的结果如图2-135所示。

(8)将激活的坐标系设置为总体柱坐标系。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical。

(9)建立其余的辅助点。按照步骤(3)建立其余的辅助点,将其编号分别设为120、130、140、150、160,其坐标分别为(12.5,44.5)、(12.5,49)、(12.5,53.5)、(12.5,58)、(12.5,62.5)。所得的结果如图2-136所示。

image

(10)将工作平面平移到第二个辅助点。

① 从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > Keypoints。

② 在ANSYS图形窗口选择120号点,单击“OK”按钮。

(11)旋转工作平面。

① 从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP by Increments。

② 在“XY,YZ,ZX Angles”文本框中输入“4.5,0,0”,单击“OK”按钮。

(12)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane。

(13)建立第三个关键点。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在“Keypoints number”文本框中输入“3”,X=12.221, Y=0, 单击“OK”按钮。

(14)重复以上步骤,建立其余的辅助点和关键点。

按照(10)~(13)的步骤,分别把工作平面平移到编号为130、140、150、160的辅助点,然后旋转工作平面,旋转角度均为2.4,0,0,再将工作平面设为当前坐标系,在工作平面中分别建立编号为4、5、6、7的关键点,其坐标分别为(14.182,0)、(16.011,0)、(17.663,0)、(19.349,0)。建立关键点的结果如图2-137所示。

(15)建立编号为8、9、10的关键点。

① 将激活的坐标系设置为总体柱坐标系:从应用菜单中选择Utility Menu: WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical。

② 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

③ 在“Keypoints number”文本框中输入8,X=24, Y=7.06, 单击“OK”按钮。

④ 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

⑤ 在“Keypoints number”文本框中输入9,X=24, Y=9.87, 单击“OK”按钮。

⑥ 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

⑦ 在“Keypoints number”文本框中输入10,X=15, Y=-8.13,单击“OK”按钮,所得结果如图2-138所示。

image

(16)在柱面坐标系中创建圆弧线。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Straight Line 弹出选择对话框,如图2-139所示。

② 分别拾取关键点10和1,1和2,2和3,3和4,4和5,5和6,6和7,7和8,8和9,然后单击“OK”按钮。

③ 创建圆弧线所得结果如图2-140所示。

(17)把齿轮边上的线加起来,使其成为一条线。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Lines。

② 在图形窗口中选择刚刚建立的齿轮边上的线,在选择对话框中单击“OK”按钮,如图2-141所示。

image

image

(18)偏移工作平面到总坐标系的原点。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > Global Origin。

image

(19)将工作平面与总体直角坐标系对齐。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Align WP with > Global Cartesian。

(20)将工作平面旋转9.87°。

① 从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP by Increments。

② 这时将打开旋转对话框,在“XY,YZ,ZX Angles”文本框中输入“9.87,0,0”,单击“OK”按钮。

(21)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane。

(22)将所有线沿X-Z面进行镜像(在Y方向)。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Reflect > Lines。

② 在对话框中选择“Pick All”,如图2-144所示。

③ ANSYS会提示选择镜像的面和编号增量,选择“X-Z面”, 在增量中输入“1000”,选择“Copied”,单击“OK”按钮,如图2-145所示。

image

④ 将所有线镜像后的结果如图2-146所示。

(23)把齿顶上的两条线粘接起来。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Lines。

② 选择齿顶上的两条线,单击“OK”按钮。

(24)把齿顶上的两条线加起来,成为一条线。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Lines。

② 选择齿顶上的两条线,单击“OK”按钮,所得结果如图2-147所示。

image

3.建立齿轮的一个扇形模型
(1)将激活的坐标系设置为总体直角坐标系。从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesian。

(2)创建关键点100。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在“Keypoints number”文本框中输入“100”,X=0, Y=0, 单击“OK”按钮,如图2-148所示。

image

(3)创建直线100,10;100,1010。

① 从主菜单中选择Main Menu: Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Straight Line 。

② 分别拾取关键点100和10,100和1010,然后单击“OK”按钮,如图2-149所示。

(4)从实用菜单中选择Utility Menu:Plot > Lines。所得结果如图2-150所示。

(5)把轮廓线粘接起来。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Lines。

② 选择齿上的所有线,单击“OK”按钮。

image

(6)把所有轮廓线粘接起来。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Lines。

② 选择齿上的所有线,单击“OK”按钮。

(7)用当前定义的所有线创建一个面。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbi trary > By Lines。

② 选择所有的线,单击“OK”按钮,如图2-151所示。

(8)从实用菜单中选择Utility Menu:Plot > Area。用当前定义的所有线创建一个面的结果如图2-152所示。

image

(9)用当前定义的面创建一个体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Extrude > Areas > Along Normal。

② 选择创建的面,单击“OK”按钮,如图2-153所示。

③ 打开“Extrude Area along Normal”对话框,在“Length of extrusion”文本框中输入8,单击“OK”按钮,如图2-154所示。

image

(10)创建两个圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。弹出创建圆柱对话框如图2-155所示。

② 在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入5,“Depth”中输入8,单击“Apply”按钮。

③ 在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入10,“Depth”中输入2.5,单击“OK”按钮,生成另一个圆柱体。

(11)偏移工作平面。

① 从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > XYZ Locations。 

② 在“Global Cartesion”文本框中输入0,0,8,单击“OK”按钮,如图2-156所示。

(12)创建另一个圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。

② 在“WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入10,“Depth”中输入-2.5,单击“OK”按钮。生成另一个圆柱体。

(13)从齿轮体中“减”去3个圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。 

② 拾取齿轮体,作为布尔“减”操作的母体,单击“Apply”按钮,如图2-157所示。

image

image

③ 拾取刚刚建立的3个圆柱体作为“减”去的对象,单击“OK”按钮。

(14)从实用菜单中选择Utility Menu:Plot > Volumes,所得结果如图2-158所示。

image

(15)将激活的坐标系设置为总体柱坐标系。从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical。

(16)定义一个关键点。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS …。

② 在文本框中输入“NPT”为“1000”,X=7.5, Y=−5,单击“OK”按钮。

(17)偏移工作平面到给定位置。

① 从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Offset WP to > Keypoints。

② 在ANSYS图形窗口选择刚刚建立的关键点;单击“OK”按钮。

(18)将激活的坐标系设置为工作平面坐标系。从应用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane > Change Active CS to > Working Plane。

(19)创建一个圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Cylinder > Solid Cylinder。

② “WP X”中输入0,“WP Y”中输入0,“Radius”中输入1.75,“Depth”中输入8,单击“OK”按钮,生成另一个圆柱体。

(20)从齿轮体中“减”去圆柱体。

① 从主菜单中选择Main Menu:Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes。

② 拾取齿轮体作为布尔“减”操作的母体,单击“Apply”按钮,结果如图2-159所示。
image

(21)存储数据库ANSYS:拾取“SAVE_DB”。

本部分的命令流如下:

/PREP7 
CSYS,1        !定义一个关键点 
K,1,15,0,,      !定义一个点作为辅助点 
K,110,12.5,40,,    !偏移工作平面到给定位置 
KWPAVE,   110    !旋转工作平面 
wprot,-50,0,0     !将激活的坐标系设置为工作平面坐标系
CSYS,4        !建立第二个关键点  
K,2,10.489,0,,    !激活的坐标系设置为总体柱坐标系 
CSYS,1        !建立其余的辅助点  
K,120,12.5,44.5,,  
K,130,12.5,49,, 
K,140,12.5,53.5,,  
K,150,12.5,58,, 
K,160,12.5,62.5,,  !将工作平面平移到第二个辅助点 
KWPAVE,   120   !旋转工作平面 
wprot,4.5,0,0    !将激活的坐标系设置为工作平面坐标系
CSYS,4       !建立第三个关键点  
K,3,12.221,0,,   !将工作平面平移到第三个辅助点 
KWPAVE,   130   !旋转工作平面 
wprot,4.5,0,0    !建立第四个关键点  
K,4,14.182,0,,   !将工作平面平移到第四个辅助点 
KWPAVE,   140   !旋转工作平面 
wprot,4.5,0,0    !建立第五个关键点  
K,5,16.011,0,,   !将工作平面平移到第五个辅助点 
KWPAVE,   150   !旋转工作平面 
wprot,4.5,0,0    !建立第六个关键点  
K,6,17.663,0,,   !将工作平面平移到第六个辅助点 
KWPAVE,   160   !旋转工作平面 
wprot,4.5,0,0    !建立第七个关键点  
K,7,19.349,0,,   !将激活的坐标系设置为总体柱坐标系  
CSYS,1       !建立编号为8、9、10的关键点 
K,8,24,7.06,,  
K,9,24,9.87,,  
K,10,15,-8.13,,         !在柱面坐标系中创建圆弧线  
LSTR,   10,    1 
LSTR,    1,    2 
LSTR,    2,    3 
LSTR,    3,    4 
LSTR,    4,    5 
LSTR,    5,    6 
LSTR,    6,    7 
LSTR,    7,    8 
LSTR,    8,    9    !把齿轮边上的线加起来,使其成为一条线 
FLST,2,7,4,ORDE,2  
FITEM,2,2  
FITEM,2,-8 
LCOMB,P51X, ,0       !偏移工作平面到总坐标系的原点 
CSYS,0 
WPAVE,0,0,0 
CSYS,1 
!*              !将工作平面与总体直角坐标系对齐 
WPCSYS,-1,0         !将工作平面旋转9.87º
wprot,9.87,0,0        !将激活的坐标系设置为工作平面坐标系
CSYS,4            !将所有线沿_x_-_z_面进行镜像(在 _y_ 方向)
FLST,3,3,4,ORDE,3  
FITEM,3,1  
FITEM,3,-2 
FITEM,3,9  
LSYMM,Y,P51X, , ,1000,0,0    !把齿顶上的两条线粘接起来  
FLST,2,2,4,ORDE,2  
FITEM,2,5  
FITEM,2,9  
LGLUE,P51X           !把齿顶上的两条线加起来,成为一条线
FLST,2,2,4,ORDE,2  
FITEM,2,5  
FITEM,2,-6 
LCOMB,P51X, ,0 
LPLOT              !创建关键点
K,100,,,,              !绘制直线  
LSTR,   100,   10 
LSTR,   100,  1010     !粘接所有直线 
FLST,2,7,4,ORDE,2  
FITEM,2,1  
FITEM,2,-7 
LGLUE,P51X 
FLST,2,14,4,ORDE,4 
FITEM,2,1  
FITEM,2,3  
FITEM,2,6  
FITEM,2,-17 
LGLUE,P51X           !建立面 
FLST,2,16,4 
FITEM,2,6  
FITEM,2,7  
FITEM,2,3  
FITEM,2,11 
FITEM,2,5  
FITEM,2,19 
FITEM,2,18 
FITEM,2,12 
FITEM,2,13 
FITEM,2,10 
FITEM,2,9  
FITEM,2,4  
FITEM,2,20 
FITEM,2,2  
FITEM,2,8  
FITEM,2,1  
AL,P51X            !拉伸所有体
VOFFST,1,8, ,  
! /USER, 1          !创建两个圆柱体 
CYL4,0,0,5, , , ,8 
CYL4,0,0,10, , , ,2.5       !偏移工作平面 
FLST,2,1,8 
FITEM,2,0,0,8  
WPAVE,P51X         !创建另一个圆柱体  
CYL4,0,0,10, , , ,-2.5      !减去三个圆柱体 
FLST,3,3,6,ORDE,2  
FITEM,3,2  
FITEM,3,-4 
VSBV,    1,P51X      !设置为总体柱坐标  
CSYS,1            !定义一个关键点 
K,110,7.5,-5,,        !偏移工作平面 
KWPAVE,   110        !将激活的坐标系设置为工作平面坐标系
CSYS,4            !将激活的坐标系设置为工作平面坐标系
CYL4,0,0,1.75, , , ,8     !从齿轮体中“减”去圆柱体  
VSBV,    5,    1 
! SAVE, Gear,db,

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