基于workbench的直齿圆柱齿轮的瞬态动力学分析

    首先拖动左栏中的Transient Structural建立瞬态动力学分析模块，如下：

3.1建立约束

 点击Connections，选择Body-Ground连接，然后选择里面的Revolute，选择大齿轮孔径的内表面，建立绕Z轴旋转的约束(同时修改约束的局部坐标系(Reference Coordinate System)，使其与全局坐标系相同)。同理建立小齿轮Body-Ground的连接。

3.2建立面集 合

   选择大齿轮一个齿上的所有面，然后右键，选择Create Named Selections，然后命名，点选Apply geometry items of same、Size。同理创建小齿轮的面集 合，建立面集 合的目的是方便后面接触、网格划分的选择。具体操作如下：

3.3建立接触

       建立Frictional类型的接触，在Scoping Method中选择Named Selection，目标面和接触面分别选择上一步建立的集 合面，具体的接触设置及其中的接触设置的含义见下文。

接触参数简单介绍：

1.Definition(基本参数定义)

Behavior(接触行为)：Asymmetric(非对称接触)、Symmetric(对称接触)、Auto Asymmetric(自动非对称)—非对称接触是接触单元与目标单元分别在两个面上，而对称接触是在一个面上生成接触对。对称接触可以提高收敛，但不利于接触结果的分析(分析结果为接触面与目标面的平均值)。

Trim Contact(接触剪切)：为了剪切掉分析中不必要的接触单元，同时保证接触状态的合理性—例如在接触分析中，目标面远远大于接触面(即在接触过程中目标面的范围大于接触面，这时就会以一定的容差对目标面剪切)。

2.Advanced(高级设置)

Formulation(算法)：Augmented Lagrange(增强的拉格朗日算法)、Pure Penalty(纯罚函数算法)、MPC算法、Normal Lagrange(法向拉格朗日乘子算法)、Beam(梁约束法)

Small sliding(小滑移)：接触面之间的相对滑动或转动量很小，小于接触面上单元尺寸的20％；另一种是Finite sliding(有限滑移)：允许接触面之间出现任意大小的相对滑动和转动，计算耗费资源较大。

Detection Method(接触检测)：On Gauss Points(高斯积分点)；On Nodes-Normal from Contact(在接触面的节点法向检测—用于接触面比目标面光滑的情况)；On Nodes-Normal to Target(在目标面节点法向检测—用于目标面比接触面光滑的情况)，以上两种的计算时间相对高斯积分点要长；Nodal-Projection Normal from Contact(接触面的节点投影方向检测—提供更准确的下层单元接触压力，更适合于有偏移的Frictional接触类型)

Penetration Tolerance(穿透容差)：仅适合于罚函数法和增强拉格朗日法

Elastic Slip Tolerance(弹性滑移容差)：弹性滑移在容差范围内，接触协调满足切向要求，默认的容差为平均单元尺寸的1%

Normal Stiffness(法向接触刚度)：是影响精度和收敛的重要因素，一般的变形问题Factor建议设置为1，接触刚度在计算时会自动调整，收敛困难时，刚度会变小；刚度越大，结果越精确，收敛越困难，但刚度多大会导致接触弹开

Update Stiffness(接触刚度更新)：Each Iteration(每次迭代更新)，Each Iteration，Aggressive(增强的迭代更新)，迭代更新可以在不确定定义的初始接触刚度是否合理时，选择这个选项，同时增强的迭代更新比Each Iteration更快收敛

Stabilization Damping Factor(稳定阻尼系数)：在选择Frictional ,rough,frictionless接触类型时出现，部件在计算之初可能不是接触上的，计算一开始无法探测到零件之间的接触，可能会产生刚性位移。可以在接触面之间添加一个阻尼避免刚性位移，有助于收敛。默认为0，为0时会在第一个载荷步有效，后续会根据计算情况自动定义

Pinball Region(接触检测区域)

Time Step Controls(时间步控制):Automatic Bisetion(自动二分)：在每个子步骤的末尾检查接触行为，以确定是否发生了过度穿透或接触状态的剧烈变化。如果发生，子步将使用被平分（减半）的时间增量重新计算；Predict For Impact(预测冲击)；Use Impact Constraints(使用冲击约束)

3.Geometric Modification(几何修正)

Interface Treatment(接触面处理)：接触界面处理将接触面偏移一定量，以保证初始无间隙的接触状态，只适用于非线性接触。Adjust to Touch(软件自动设置)；Add Offset,Ramped Effects(由用户指定偏移数值，允许向正或负偏移接触面，正表示闭合间隙，甚至过盈；负表示加大间隙)；其中Ramped Effects表示逐渐加载载荷，有利于提高收敛；No Ramping表示在第一步就全部加载载荷

3.4网格划分

 右键Mesh选择Insert，选择Method，选择MultiZone(对象选择两个齿轮)；再次右键Mesh选择Insert，选择Sizing，Scoping Method选择Named Selection，选择上文建立的集 合面，然后将网格尺寸调成2mm(主要该区域为接触区域，提高网格密度)。具体操作及网格如下：

3.5分析设置

       选择Analysis Section，进行如下的设置：

3.6边界设置

    右键Transient(A5)，选择Insert，然后选择Joint Load，然后选择小齿轮的旋转副，Type选择Rotation，并在数据表格中设置旋转角度(旋转30°)，如下图：

      同样再建立一个Joint Load，选择大齿轮旋转副，Type选择Moment,并在数据表格中设置扭矩(100000N.mm)，如下图：

3.7计算分析

       经过计算，得到齿轮组在旋转过程中位移和应力的结果，如下图所示：

变形

应力