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有限元分析的目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，所以分析必須是針對(duì)一個(gè)物理原型準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。廣義上講，模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件，以及其它表現(xiàn)這個(gè)物理系統(tǒng)的特征來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度分析。實(shí)體建模方法能夠直接和模型的幾何特征打交道，無(wú)需關(guān)注有限元模型特定的幾何特征。
有限元模型是對(duì)實(shí)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(kāi)進(jìn)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(jìn)行網(wǎng)格劃分，以生成有限元分析模型。所有施加在幾何實(shí)體邊界上的載荷或約束都最終傳到有限元(節(jié)點(diǎn)和單元)上進(jìn)行求解。一對(duì)齒輪的嚙合過(guò)程是從從動(dòng)齒輪的齒頂與主動(dòng)輪的齒根嚙合時(shí)開(kāi)始，到主動(dòng)齒輪齒頂與從動(dòng)輪齒根嚙合時(shí)結(jié)束。由于不同位置嚙合時(shí)，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(shí)體過(guò)程很復(fù)雜。首先要利用漸開(kāi)線方程繪出一個(gè)齒端面上的多個(gè)點(diǎn)，再將這些點(diǎn)用多意線連成線，如圖所示。利用多意線建立一個(gè)齒的端面。再用工作平面坐標(biāo)系(wp)畫(huà)出另一個(gè)端齒的輪廓線，并用同樣的方式建立端面，如圖又在兩個(gè)端面之間建立側(cè)面(沿Z方向)，利用側(cè)面和兩個(gè)端面來(lái)生成齒體，如圖把當(dāng)前坐標(biāo)系改為柱坐標(biāo)系，通過(guò)已建立一個(gè)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(gè)齒。
建立的有限元模型將從齒輪中取出一個(gè)齒來(lái)分析。實(shí)體建模的最終目的是為了劃分網(wǎng)格以生成節(jié)點(diǎn)和單元。生成節(jié)點(diǎn)和單元的網(wǎng)格劃分過(guò)程包括兩個(gè)步驟：在生成節(jié)點(diǎn)和單元之前，必須定義合適的單元屬性。需要定義的屬性有：?jiǎn)卧?lèi)型、實(shí)常數(shù)、材料特征。ANSYS提供了200種不同的單元類(lèi)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(jì)算三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，由8節(jié)點(diǎn)組合而成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有X，Y，Z位移方向的3個(gè)自由度，單元可分析塑性、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變的特征，該單元可以在六個(gè)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(duì)輪齒進(jìn)行強(qiáng)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(shí)體模型的關(guān)鍵是對(duì)實(shí)體的網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和優(yōu)劣將對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。
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