一種基于ansys的擺線輪參數(shù)化分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于擺線針輪行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于ANSYS的 擺線輪參數(shù)化分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）第2卷，第9篇，第3章：擺線輪行星傳動(dòng)受力分析 相關(guān)論述，擺線輪是擺線針輪行星傳動(dòng)中的核心部件，其受力情況較為復(fù)雜，必須進(jìn)行力學(xué) 相關(guān)驗(yàn)證計(jì)算。力學(xué)分析的核心是對(duì)擺線輪進(jìn)行必要的應(yīng)力、應(yīng)變和變形分析，然后根據(jù)相 關(guān)的計(jì)算結(jié)果判斷擺線輪結(jié)構(gòu)是否合理，并對(duì)擺線輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。傳統(tǒng)的擺線輪設(shè) 計(jì)有兩種方法：其一，技術(shù)人員根據(jù)力學(xué)相關(guān)原理，采用擺線輪和針齒齒面接觸應(yīng)力相關(guān)公 式進(jìn)行校核計(jì)算，確保擺線輪和針齒在嚙合過(guò)程中能夠正常安全工作，該方法只能分析齒 面的接觸應(yīng)力，對(duì)于擺線輪上孔的大小和孔的位置分布等因素對(duì)其強(qiáng)度的影響并沒(méi)有合適 的公式進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)該方法對(duì)技術(shù)人員的力學(xué)知識(shí)要求較高，當(dāng)擺線輪的尺寸和載 荷發(fā)生變化時(shí)需要工作人員的重復(fù)性工作，效率低下；其二，采用實(shí)驗(yàn)方法，該方法在精度 上具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也是非常突出，費(fèi)用高昂，操作復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，一般在設(shè) 計(jì)定型投入使用前用該方法進(jìn)行最后的強(qiáng)度驗(yàn)證，不適于在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種基于ANSYS的擺線輪參數(shù)化分析方法；該 方法具有節(jié)約分析成本、效率高和可靠性好的特點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：
[0005]-種基于ANSYS的擺線輪參數(shù)化分析方法，包括如下步驟：
[0006]步驟一、提取基本參數(shù)：綜合分析影響擺線輪和針齒工作的各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行整合分 類，按類別提取擺線輪幾何參數(shù)、針齒幾何參數(shù)、擺線輪與針齒配合參數(shù)、擺線輪與針齒材 料特性參數(shù)、載荷參數(shù)和模型參數(shù)，并將上述參數(shù)按照表格形式進(jìn)行編制；
[0007] 步驟二、在ANSYS中開發(fā)擺線輪分析專用模塊：應(yīng)用ANSYS腳本語(yǔ)言APDL編寫可 實(shí)現(xiàn)擺線輪力學(xué)分析的參數(shù)化程序，生成宏文件，開發(fā)擺線輪分析專用模塊，該模塊包括預(yù) 處理、參數(shù)輸入、前處理、求解和后處理五個(gè)部分。
[0008] 2. 1預(yù)處理
[0009]運(yùn)用/CWD命令指定工作目錄，使后續(xù)分析中生成的所有的文件都放在該工作目 錄下；兩次運(yùn)用*ASK命令，分別實(shí)現(xiàn)分析文件名和分析標(biāo)題名的交互輸入，方便參數(shù)更改 后不同分析文件的保存。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成預(yù)處理宏文件，將上述命令流程 序?qū)懭朐摵晡募?br>[0010] 2. 2參數(shù)輸入
[0011] 多次運(yùn)用multipro, 'start'，…multipro, 'end'命令，分別實(shí)現(xiàn)擺線輪幾何參 數(shù)、針齒幾何參數(shù)、擺線輪與針齒裝配參數(shù)、擺線輪與針齒材料特性參數(shù)、載荷參數(shù)和模型 參數(shù)的交互輸入。多次運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成擺線輪幾何參數(shù)輸入、針齒幾何參 數(shù)輸入、擺線輪與針齒裝配參數(shù)、擺線輪與針齒材料特性參數(shù)、載荷參數(shù)和模型參數(shù)六個(gè)獨(dú) 立的宏文件，分別將命令流程序?qū)懭脒@些對(duì)應(yīng)的宏文件。
[0012] 2. 3前處理
[0013] 建立參數(shù)化幾何模型：
[0014] 幾何建模過(guò)程采用自底向上形式，具體過(guò)程為：1)根據(jù)擺線方程采用*D0循環(huán)命 令，生成擺線上的幾個(gè)離散點(diǎn)，然后運(yùn)用SPLINE命令擬合成一條完整的擺線，2)將全局坐 標(biāo)系調(diào)整為柱坐標(biāo)系，采用COPY命令生成完整的擺線輪外廓線，3)運(yùn)用AL命令將擺線輪外 廓線生成一個(gè)面，4)多次運(yùn)用CYL4命令生成擺線輪上的分布孔，4)運(yùn)用ASBA和V0FFST命 令生成擺線輪三維模型，5)在柱坐標(biāo)系下采用CYL4和COPY命令生成針齒面，6)選中第5) 步中生成的針齒面運(yùn)用V0FFST命令拉伸出針齒三維模型。幾何模型的所有尺寸數(shù)據(jù)都實(shí) 現(xiàn)了參數(shù)化，只要在參數(shù)交互輸入對(duì)話框中修改相應(yīng)的參數(shù)，幾何模型就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變 化，方便分析不同幾何參數(shù)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成幾何建模 宏文件，將幾何建模的命令流程序?qū)懭朐摵晡募?br>[0015] 網(wǎng)格劃分：
[0016] 網(wǎng)格劃分具體過(guò)程為：1)多次運(yùn)用MP命令分別為擺線輪和針齒指定彈性模量和 泊松比材料特性，2)用ET命令指定單元類型，3)用ESIZE命令指定單元大小，4)用VSWEEP 命令將幾何模型劃分為六面體網(wǎng)格模型。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成網(wǎng)格劃分宏文 件，將網(wǎng)格劃分的命令流程序?qū)懭朐摵晡募?br>[0017] 位置約束：
[0018] 位置約束包括針齒位置約束和擺線輪位置約束，設(shè)置過(guò)程如下：1)將全局坐標(biāo)系 調(diào)整為柱坐標(biāo)系，根據(jù)位置關(guān)系將屬于針齒的節(jié)點(diǎn)都選出來(lái)，運(yùn)用D命令將UX、UY、UZ、VELX 和VELY的自由度都約束，2)將屬于擺線輪中心孔面上的所有節(jié)點(diǎn)都選出來(lái)，運(yùn)用D命令將 UX、UY、UZ、VELX和VELY的自由度都約束。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成位置約束宏文 件，將位置約束的命令流程序?qū)懭朐摵晡募?br>[0019] 接觸設(shè)置：
[0020] 針齒參與接觸的面作為目標(biāo)面，擺線輪上參與接觸的面作為接觸面，具體過(guò)程如 下：1)首先運(yùn)用MP命令設(shè)定接觸摩擦系數(shù)，R命令設(shè)定接觸間隙和法向接觸剛度，2)將全 局坐標(biāo)系調(diào)整為柱坐標(biāo)系，運(yùn)用VSEL命令根據(jù)位置關(guān)系將參與接觸的針齒三維實(shí)體選出 來(lái)，3)運(yùn)用ASLV命令將屬于1)步驟中針齒三維實(shí)體的外表面選出來(lái)，繼續(xù)運(yùn)用ASLV命令 根據(jù)位置關(guān)系將針齒參與嚙合的表面選出來(lái)，4)運(yùn)用NSLA命令將針齒嚙合表面上的所有 節(jié)點(diǎn)都選出來(lái)作為目標(biāo)面接觸節(jié)點(diǎn)，5)同理按照2)-4)的思路選擇擺線輪上參與接觸的節(jié) 點(diǎn)作為接觸面的接觸點(diǎn)，完成接觸設(shè)置。該接觸設(shè)置中目標(biāo)單元為TARGE170,接觸單元為 C0NTA174。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成接觸設(shè)置宏文件，將接觸設(shè)置的命令流程序?qū)?入該宏文件。
[0021] 施加載荷：
[0022] 載荷施加位置為左右兩側(cè)圓孔上，具體施加過(guò)程如下：1)首先根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系在左 側(cè)圓孔中心處創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，在關(guān)鍵點(diǎn)上創(chuàng)建11號(hào)局部柱坐標(biāo)系，并將當(dāng)前坐標(biāo)系指定為該 局部坐標(biāo)系，2)運(yùn)用ASEL命令根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系選擇左側(cè)中心孔表面，用NSLA將屬于表面上的 所有節(jié)點(diǎn)選中，用NROTAT命令將選定的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系均改為11號(hào)局部柱坐標(biāo)系，3)運(yùn)用F命 令對(duì)選定的節(jié)點(diǎn)施加FY項(xiàng)載荷，即擺線輪左側(cè)孔上受到的轉(zhuǎn)矩，4)同理按照1)-3)的思路 創(chuàng)建12號(hào)局部柱坐標(biāo)系，為右側(cè)圓孔施加轉(zhuǎn)矩，載荷施加完成。運(yùn)用*CREATE，…*END命 令，生成載荷施加宏文件，將施加載荷的命令流程序?qū)懭朐摵晡募?br>[0023] 2. 4 求解
[0024] 運(yùn)用/S0LU命令進(jìn)入求解模塊，ANTYPE命令指定分析類型為靜力學(xué)分析，??ΜΕ命 令指定求解總時(shí)間為1，NSUBST命令指定求解步為100,EQSLV指定求解器為PCG，SOLVE命 令進(jìn)行求解，求解完成后用FINISH退出求解模塊。運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成求解 宏文件，將求解計(jì)算的命令流程序?qū)懭朐摵晡募?br>[0025] 2. 5后處理
[0026] 運(yùn)用PLNSOL，S，EQV，…顯示等效應(yīng)力；PLNS0L，ΕΡΤ0,EQV，…顯示等效應(yīng)變， PLNSOL,U,SUM,…顯示變形；PLNSOL,CONT,PRES,…顯示接觸應(yīng)力；PLVECT,U,…顯示位移 矢量；PLVECT，S,…顯示應(yīng)力矢量。多次運(yùn)用*CREATE，…*END命令，生成顯示等效應(yīng)力、顯 示等效應(yīng)變、顯示變形、顯示接觸應(yīng)力、顯示位移矢量和顯示應(yīng)力矢量六個(gè)獨(dú)立的宏文件， 分別將上述的命令流程序?qū)懭氲綄?duì)應(yīng)的宏文件中。
[0027] 2. 6開發(fā)專用工具條：
[0028] 1)創(chuàng)建第一個(gè).ABBR文件，兩次運(yùn)用*ABBR命令創(chuàng)建預(yù)處理和求解工具條按鈕，使 按鈕能夠分別調(diào)用后臺(tái)對(duì)應(yīng)的宏文件；多次運(yùn)用*ABB命令創(chuàng)建參數(shù)輸入、前處理和后處理 一級(jí)嵌套按鈕，可以進(jìn)入二級(jí)子工具條。
[0029] 2)創(chuàng)建第二個(gè).ABBR文件，多次運(yùn)用*ABBR命令創(chuàng)建擺線輪參數(shù)輸入、針齒幾何參 數(shù)輸入、擺線輪與針齒裝配參數(shù)輸入、材料特性參數(shù)輸入、載荷參數(shù)輸入、模型參數(shù)輸入和 返回一級(jí)工具條七個(gè)二級(jí)工具條按鈕，該二級(jí)工具條屬于參數(shù)輸入的子工具條，使前六項(xiàng) 按鈕能夠分別調(diào)用后臺(tái)對(duì)應(yīng)的宏文件；運(yùn)用*ABB，RETURN，ABBRES，，XXX，ABBR命令實(shí)現(xiàn)從 此二級(jí)子工具條返回到一級(jí)工具條，其中XXX為第一個(gè).ABBR文件的文件名。
[0030] 3)創(chuàng)建第三個(gè).ABBR文件，多次運(yùn)用*ABBR命令創(chuàng)建幾何建模、網(wǎng)格劃分、 接觸設(shè)置、位移約束、施加載荷和返回一級(jí)工具條六個(gè)二級(jí)工具條按鈕，該二級(jí)工具 條屬于參數(shù)輸入的子工具條，使前五項(xiàng)按鈕能夠分別調(diào)用后臺(tái)對(duì)應(yīng)的宏文件；運(yùn)用 *ABB，RETURN,ABBRES，，XXX，ABBR命令實(shí)現(xiàn)從此二級(jí)子工具條返回到一級(jí)工具條，其中XXX 為第一個(gè).ABBR文件的文件名。
[0031] 3)創(chuàng)建第三個(gè).