SC002-Abaqus直齿轮啮合分析

齿轮是传动系统的关键部件，齿轮之间通过齿与齿之间的啮合来实现传递运动和力矩。齿轮的啮合过程涉及接触状态的改变，是一种复杂的非线性行为。利用Abaqus可以模拟齿轮啮合的全过程，分析齿轮的受力和变形等，实现齿轮的刚强度设计。

    在Abaqus中实现齿轮的转动有多种方式，如使用Coupling耦合连接、Connector连接单元等。在本案例中展示使用Coupling的方式来模拟齿轮的转动，分析其受力和变形。

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    1）几何模型和网格如下，单元类型选用C3D8R：

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    2）定义材料参数。本案例中使用动力学隐式求解算法，因此需要输入弹性模量、泊松比、密度。

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    3）设置分析步。选择General中的Dynamic, Implicit。由于齿轮在转动过程中涉及到大转动，因此需要打开几何非线性，将Nlgeom设置为On；该问题涉及复杂的非线性行为，为保证计算的收敛性，应当适当增加增量数以及减小初始时间增量，将Maximum number of increments设置为1000，Initial increment size设置为0.05，其它设置保持默认。

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    4）设置连接关系。对于本案例，涉及两种连接，一是齿与齿之间的啮合，使用接触模拟；二是实现齿轮的转动，使用Coupling模拟。

对齿轮的齿面设置接触，如下图高亮区域所示。其中法向接触行为设置为“Hard”；切向使用罚函数法设置带摩擦接触，摩擦系数为0.15。

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    设置Coupling耦合连接。对于Coupling连接，需先在齿轮中心创建参考点，对于左侧齿轮创建参考点RP-1，对于右侧齿轮创建参考点RP-2，然后将参考点与齿轮内圆柱面连接。后续的边界条件可以直接施加在参考点上。

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    5）设置边界条件。为实现齿轮的转动，放松齿轮绕Z轴的转动，分别对RP-1和RP-2约束除UR3外的其他自由度；对RP-2设置旋转速度VR3=1 radians/time，实现齿轮的转动。

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    6）求解结果。齿轮啮合过程的应力和位移如下图所示，可以看到，在两齿轮接触位置产生较大应力。

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