1.定义文件名

GUI：Utility Menu|File|Change Jobname

弹出一个对话框，在输入栏中输入“Spur Gear Based on ANSYS”，单击OK。

2.定义参数

GUI：Utility Menu|Parameters|Scalar Parameters

在弹出对话框的Selection中输入M=2E-3，单击Accept完成对齿轮模数参数的定义，按照此方法继续定义PI=3.1415，齿厚B=10E-3，小齿轮齿数Z1=34,小齿轮的标准压力角ALFA1=20/180^*PI，齿顶高系数Ha=1，定义顶隙系数C=0.25，小齿轮分度圆直径D1=M^*Z1，小齿轮基圆直径Dk1=M^*Z1^*COS(ALFA1)，小齿轮基圆半径Rk1=Dk1/2，小齿轮齿根圆直径Df1=D1-2^*(Ha+C)^*M，小齿轮齿根圆半径Rf1=Df1/2，小齿轮齿顶圆直径Da1=D1+2^*Ha^*M，小齿轮齿顶圆半径Ra1=Da1/2，小齿轮齿顶压力角ALFA_Ding1=ACOS(Rk1/Ra1)，小齿轮齿顶展角SITA_Ding1=(TAN(ALFA_Ding1)-ALFA_Ding1)^*180/PI，小齿轮分度圆展角SITA1=(tan(ALFA1)-ALFA1)^*180/PI，大齿轮齿数Z2=45，定义大齿轮的标准压力角ALFA2=20/180^*PI，大齿轮分度圆直径D2=M^*Z2，大齿轮基圆直径Dk2=M^*Z2^*COS(ALFA2)，大齿轮基圆半径Rk2=Dk2/2，大齿轮齿根圆直径Df2=D2-2^*(Ha+C)^*M，大齿轮齿根圆半径Rf2=Df2/2，大齿轮齿顶圆直径Da2=D2+2^*Ha^*M，大齿轮齿顶圆半径Ra2=Da2/2，大齿轮齿顶压力角ALFA_Ding2=ACOS(Rk2/Ra2)大齿轮齿顶展角SITA_Ding2=(TAN(ALFA_Ding2)-ALFA_Ding2)^*180/PI，大齿轮分度圆展角SITA2=(tan(ALFA2)-ALFA2)^*180/PI，定义完毕后单击Close。

3.定义单元和材料常数

（1）定义单元

GUI：Main Menu|Preprocessor|Element Type|Add/Edit/Delete

弹出对话框，单击Add，在弹出对话框的左边选择Solid，然后在右边选择Brick8node185单元，单击OK。

（2）定义单元材料常数

GUI：Main Menu|Preprocessor|Material Props|Material Models

弹出一个对话框，单击Structural|Liner|Elastic|Isotropic,又弹出一个输入材料属性的对话框，输入EX=206E9，PRXY=0.3，单击OK，单击Density，输入DENS=7850，选择Material|Exit，退出面板。

4.建立模型

（1）定义小齿轮渐开线

把下列命令流输入到命令窗口：

ALFA_Dingnl=alfa_dingl/10 ！定义压力角份数

^*DIM,ALFA,ARRAY,10,1 ！定义ioxi数组ALFA

^*DIM,SITA,ARRAY,9,1 ！定义9X1数组SITA

^*DIM,R,ARRAY,9,1 ！定义9X1数组R

CSYS,1 ！当前坐标系为柱坐标

ALFA(1,1)-0 ！数组数ALFA(1,1)-0

K,lOO,Rkl,0 ！生成关键点100

^*DO,I,1,9,1 ！循环生成其他关键点

ALFA(I+1,1)=ALFA(I,1)+ALFA_Dingnl

SITA(I,1)-(TAN(ALFA(I+1,1))-ALFA(I+1,1))^*180/PI

R(i,1)=Rkl/COS(ALFA(i+l,l))

/prep7

K,I+100,R(I,1),SITA(i,1)

^*ENDD0 ！循环结束生成9个关键点

K,110,Ral,SITA_Dingl ！生成齿顶圆上的关键点

BSPLIN,ALL !用样条曲线连接所有点

运行命令中会产出如图23-4和23-5所示的关键点和最后形成的渐开线。

图23-4 建立渐开线的关键点

图23-5 建立的渐开线

（2）定义小齿轮根部过渡曲线

1）定义小齿轮齿根圆。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Arcs|Full Circle

弹出拾取对话框，在对话框中输入0，0，0，单击Apply，继续输入Rf1，单击OK。

2）定义线

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Arcs|Full Circle

弹出拾取对话框，拾取关键点1和100，单击OK。

3）布尔线相加

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Lines

弹出拾取对话框，拾取线L1和L6，单击OK。

4）建立齿轮根部过渡曲线

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Line Fillet

弹出拾取对话框，拾取线L1和L5，单击OK。

5）删除线

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Delete|Lineand Below

弹出拾取对话框，拾取线L2，L3，L4和L5，单击OK。

6）布尔线相加

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Add|Lines

弹出拾取对话框，拾取线L1和L6，单击OK。

（3）定义小齿轮齿廓线

1）定义局部坐标系。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Local Coordinate Systems|Create Local CS|At Specified Loc

弹出拾取对话框，使用点击任意一点，单击OK，弹出在指定位置创建局部坐标系（3）对话框，输入XC=0，YC=0，ZC=0，THXY=SIYA1+90/Z1，单击OK。

2）激活局部坐标系。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|ChangeActive CS to|Specified Coord Sys

在弹出对话框中输入11，单击OK。

3）映射小齿轮单齿齿形状。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Reflect|Lines

弹出拾取对话框，拾取线L1，在弹出的对话框中选择X-ZplaneY。

4）定义小齿轮齿根圆。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Arcs|Full Circle

弹出拾取对话框，在对话框中输入0，0，0，单击Apply，继续输入RF1，单击OK。

5）定义小齿轮齿顶圆。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Lines|Arcs|Full Circle

弹出拾取对话框，在对话框中输入0，0，0，单击Apply，继续输入RA1，单击OK。

6）激活柱坐标系。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Change Active CS to|Global Cylindrical

7）复制一个小齿轮齿形。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Copy|Lines

弹出拾取对话框，拾取线L1和L2，单击OK，在弹出对话框中输入DY=360/Z1，单击OK，如图23-6所示。

8）搭接所有线。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Overlap|Lines

弹出拾取对话框，单击PickAll。

9）删除线。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Delete|Line and Below

弹出拾取对话框，拾取除图23-7中的所有的线，单击OK。

图23-6 两个齿形图

图23-7 完整的单齿模型

10）由单齿复制成整个小齿轮轮廓线。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Copy|Lines

弹出拾取对话框，单击PickAll，在弹出的对话框中输入ITIME=Z1，DY=360/Z1，单击OK。

11）粘结所有线

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Glue|Lines

弹出拾取对话框，单击Pick All。

（4）建立小齿轮模型

1）建立完整小齿轮的面

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Arbitrary|By Lines(www.daowen.com)

弹出拾取对话框，选择Loop，用鼠标单击齿轮的任意位置的轮廓线，单击OK。

2）建立一个圆面

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Create|Areas|Circle|By Dimensions

在弹出的对话框中输入RAD1=0.4^*RA1，其他保持默认值，单击OK。

3）进行面的相减

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Booleans|Subtract|Areas

弹出拾取对话框，首先拾取完整的齿轮面，单击Apply，然后继续拾取小面A2，单击OK。

4）由面拉伸成完整的三维齿轮模型

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Operate|Extrude|Areas|Along Normal

弹出拾取对话框，拾取齿轮面，单击OK，在弹出的对话框中输入DIST=1E-2，单击OK。如图23-8所示，大齿轮按照相同的方法进行建立，如图23-9所示。具体的操作参见视频教程。

图23-8 小齿轮实体模型

图23-9 双齿轮实体模型

（5）调整两个齿轮位置

1）激活总体坐标系。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Change Active CS to|Global Cartesian

2）移动大齿轮。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Move/Modify|Volumes

弹出拾取对话框，拾取大齿轮，单击OK，在弹出对话框中输入DX=81E-3，这个数值是两个齿轮的中心距，单击OK。

3）激活总体柱坐标系。

GUI：Utility Menu|WorkPlane|Change Active CS to|Global Cylindrical

4）旋转小齿轮。

GUI：Main Menu|Preprocessor|Modeling|Move/Modify|Volumes，弹出拾取对话框，拾取小齿轮，单击OK，在弹出对话框中输入DY=3.08，单击OK。

5.网格划分

（1）打开网格划分工具面板

GUI：Main Menu|Preprocessor|Meshing|MeshTool，打开网格划分工具面板。

（2）设置智能划分

勾选划分工具面板上的Smart Size，并设置为8。

（3）设置单元尺寸

选择网格划分工具面板的Size Controls中的Global|Set，在弹出的对话框中输入SIZE=0.004，单击OK。

（4）通过体扫描划分网格

选择网格划分工具面板中的形状（Shape）为Hex/Wedge，网格划分方式为Sweep，单击Sweep。

（5）定义刚性多点约束

1）单击图标，打开接触管理器。

2）单击接触管理器中的接触向导图标。

3）按照图23-10中设置弹出的对话面板。

4）单击图中的Next按钮，弹出图23-11的面板，并按照其进行设置，单击Next。

5）在弹出的面板中单击PickContact，弹出拾取对话框，选择两个小齿轮的内孔的四个面，单击OK。

6）继续单击Next，在弹出的面板中选择约束表面类型为刚性约束（Rigid constraint）,选择目标体的约束自由度（Constrained DOF set on target）为UX，UY，UZ，ROTX和ROTY，如图23-12所示，单击Create，创建后的多点约束接触如图23-13所示。

图23-10 设置接触向导为高级控制节点选项

图23-11 设置控制节点位置

图23-12 设置多点约束类型

图23-13 多点约束接触单元

7）按照同样方法创建大齿轮内孔的多点刚性约束，但约束类型为分布力，这样是为了施加扭矩，具体操作见视频教程。

6.设置分析类型

GUI：Main Menu|Solution|Analysis Type|New Analysis

在弹出的对话框中选中Transient，含义为进行瞬态动力学问题求解，单击OK，在弹出的对话框中选择Full，含义为使用完全法计算瞬态动力学，单击OK。

7.定义边界条件

（1）定义加载函数

GUI：Utility Menu|Parameters|Functions|Define/Edit

弹出函数编辑器操作面板，在Result(结果)框后面输入1200，完成扭矩的定义。选择函数编辑器中File|Save，然后输入保存文件的名字为NJ，单击保存。按照同样方法定义转动位移函数：0.2^*TIME，并保存，文件名为RZ。这一步操作详细操作可以参见本章的视频教程。

（2）读入函数转化为表格

GUI：Main Menu|Solution|DefineLoads|Apply|Functions|Read file

弹出拾取文件对话框，选择刚才定义的NJ函数，单击打开，在弹出的对话框中的Tabel parameter name中输入转换后的表格名为NJ，单击OK。按照同样方法转换函数RZ，并设置转换的表格名也为RZ。

（3）定义转角

GUI：Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Structural|Displacement|On Nodes

弹出拾取对话框，拾取小齿轮的内径控制节点，单击OK，在弹出的对话框中选择自由度类型为ROTZ，在施加方式中（Apply as）选择Existing table，单击OK，在弹出的对话框中选择RZ，单击OK。

（4）定义扭矩

GUI：Main Menu|Solution|Define Loads|Apply|Structural|Force/Moment|On Nodes

弹出拾取对话框，拾取大齿轮的控制节点，单击OK，在弹出的对话框中设置Direction of force/mom为MZ，含义为施加载荷为Z方向的扭矩，施加方式（Applyas）选择Existing table，单击OK，在弹出的对话框中选择NJ，单击OK。

8.定义载荷步

（1）输出所有子步

GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Load Step Opts|Output Ctrls|DB/Results File

在弹出的对话框中选择Every substep，单击OK。

（2）定义计算时间和子步数量

GUI：Main Menu|Preprocessor|Loads|Load Step Opts|Time/Frequenc|Time and Substps

在弹出的对话框中设置计算终止时间（Time at end of load step）为1，计算子步（Number of substeps）为10。

最大计算子步（Maximum no.of substeps）为10，最小计算子步（Minimum no.of substeps）也为10，其他保持默认，单击OK。

9.开始计算

GUI：Main Menu|Solution|Current LS

弹出求解对话框，单击OK。

10.后处理

（1）查看0.1s时的等效应力

1）读入数据。

GUI：Main Menu|General Postproc|Read Results|By Pick

在弹出的对话框中选择Time为0.1，单击Read。

2）查看等效应力。

GUI：GUI：Main Menu|General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu

弹出节点求解数据（Contour Nodal Solution Date）对话框选择Nodal Solution|Stress|von Mises stress，单击OK，如图23-14所示。

（2）查看0.5s时的等效应力

1）读入数据。

GUI：Main Menu|General Postproc|Read Results|By Pick

在弹出的对话框中选择Time为0.5的结果，单击Read。

2）查看等效应力

GUI：GUI：Main Menu|General Postproc|Plot Results|Contour Plot|Nodal Solu

弹出节点求解数据（Contour Nodal Solution Date）对话框选择Nodal Solution|Stress|von Mises stress，单击OK，如果23-15所示。

图23-14 0.1s时的齿轮等效应力

图23-15 0.5s时的齿轮等效应力