一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法技術

本發明專利技術屬于汽車技術領域，具體的說是一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法。該加載方法包括以下步驟：步驟一、建立齒輪軸總成裝配有限元模型；步驟二、自動創建齒輪嚙合點；步驟三、自動創建局部圓柱坐標系；步驟四、自動創建嚙合點?齒面部分節點連接單元；步驟五、自動施加載荷；步驟六、提交計算：將計算文件導出，提交計算。本發明專利技術操作過程規范化、計算方法標準化、快速進行齒輪加載實現齒輪軸疲勞壽命有限元分析的目的，有助于減少人為因素引起的結果誤差，能提高仿真精度，縮短研發周期，降低研發成本。

【技術實現步驟摘要】
一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法
本專利技術屬于汽車
，具體的說是一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法。
技術介紹
工程中在對齒輪軸的疲勞壽命進行有限元分析時，需要在齒輪的多個嚙合點處依次加載，以獲得齒輪軸旋轉過程中的應力循環歷程。為了確保齒輪軸在旋轉過程中受力的連續性和精確性，每個齒輪旋轉一周內嚙合點數量一般不少于36個，1根齒輪軸上通常不少于4個齒輪，因此在對1根齒輪軸進行仿真分析時，需要建立不少于144個連接單元。目前齒輪的加載方式通常是手動創建齒輪嚙合點、手動建立嚙合點-齒面的連接單元、手動施加載荷，操作過程繁瑣重復、耗費大量時間且極易出錯，隨著齒輪數量及嚙合點數量的增多，有限元建模的繁瑣程度和時間成本將成倍增加。手動齒輪加載方法存在以下弊端：1)手動創建齒輪嚙合點時，需要先確定1個嚙合點，然后沿軸線旋轉35次，得到36個嚙合點。創建1根齒輪軸全部齒輪嚙合點至少需要手動操作140次；2)手動創建嚙合點-齒面RBE3連接單元時，需要先選擇1個齒輪嚙合點作為從點，再選擇2個相鄰齒面上的全部單元節點作為主點，建立1個RBE3連接單元。如此操作720次，才可建立齒輪軸上全部齒輪的所有RBE3連接單元；3)手動施加載荷時，需要手動計算齒輪三個方向的分力，操作至少288次才能完成齒輪加載；因此，需要找到一種更加簡便的齒輪加載方法。
技術實現思路
本專利技術提供了一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，該方法操作過程規范化、計算方法標準化、快速進行齒輪加載實現齒輪軸疲勞壽命有限元分析的目的，有助于減少人為因素引起的結果誤差，能提高仿真精度，縮短研發周期，降低研發成本，解決了現有齒輪加載方法存在的上述問題。本專利技術技術方案結合附圖說明如下：一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，該加載方法包括以下步驟：步驟一、建立齒輪軸總成裝配有限元模型；步驟二、自動創建齒輪嚙合點；步驟三、自動創建局部圓柱坐標系；步驟四、自動創建嚙合點-齒面部分節點連接單元；步驟五、自動施加載荷；步驟六、提交計算：將計算文件導出，提交計算。所述步驟一的具體方法如下：11)建立第一齒輪1、第二齒輪2……第N齒輪N、齒輪軸2-1和軸承3-1的網格模型，其中，第一齒輪1、第二齒輪2……第N齒輪N命名為mchilun1、mchilun2、……mchilunN；12)定義零件的材料屬性，所述第一齒輪1、第二齒輪2……第N齒輪N和齒輪軸2均為鋼材，在前處理軟件中定義材料彈性模量為2.1e5MPa，泊松比為0.3；13)定義齒輪軸2-1總成接觸關系：定義相接觸部件之間為接觸關系，摩擦系數為0.1。所述步驟二的具體方法如下：21)通過TCL語言定義關鍵字mchilun*，查找模型中齒輪個數及齒輪名稱；22)應用excel表格建立齒輪參數表，參數表中包括齒輪節圓直徑、壓力角和螺旋角；23)通過讀取齒輪參數表，匹配關鍵字獲得各級齒輪的節圓直徑D；模型中mchilun1對應excel表中標識m_1，通過遍歷表格中每個單元格的標識，找到mchilun1的節圓直徑D1；依次循環，可以得到模型中所有齒輪的節圓直徑D；齒輪嚙合點要建立在節圓而不是分度圓上，節圓是齒輪成對嚙合時嚙合點所描繪的圓；建立齒輪參數表時，表內節圓直徑數據應是成對齒輪嚙合時的節圓直徑，而不是單個齒輪設計時的分度圓直徑；24)添加齒輪網格模型的所有節點，應用*createbestcirclecenternode命令找到齒輪的中心點；25)應用*createcirclefromcenterradius命令，以齒輪中心點為原點，垂直于齒輪軸線所在坐標軸方向，畫半徑為D/2的圓；26)應用*nodecreateatlineparams命令，在圓上平均創建36個點，即為齒輪嚙合點。所述步驟三的具體方法如下：31)應用*systemcreate命令，以齒輪中心為原點，以原點到齒輪嚙合點方向為X軸，以齒輪軸軸向為Z軸創建局部圓柱坐標系；32)將創建的齒輪嚙合點賦于局部坐標系。所述步驟四的具體方法如下：41)用*findfaces命令，對齒輪取面；42)將齒輪所有節點取出放到nodes1里；以齒輪中心為原點，在垂直于齒輪軸線方向畫齒輪節圓，節圓沿齒輪軸線方向前后分別移動80mm，以此形成密閉空間內的節點放到nodes2里；用*markdifferencenodes1nodes2語句，得到齒面節圓以外的節點set1；根據齒輪特征，此時節點可以自動分成相互獨立的組；43)定義初始搜索閾值為0.01mm，如果搜索范圍內沒有節點，擴大閾值范圍到0.02mm……逐步擴大閾值，直到搜索到第一個與嚙合點距離最近的節點N1，保存N1所在分組的所有節點；如此循環36次，即可找到36個嚙合點對應的齒面節點；44)用*rbe3命令，自動建立嚙合點與對應節點RBE3連接單元。所述步驟五的具體方法如下：51)用TCL語言編輯一個窗口程序，程序內部寫入齒輪三個方向分力計算公式：Ft＝T/D,Fr＝Fttanα,Fz＝Fttanβ，其中：Ft為切向力，Fr為徑向力，Fz為軸向力；T為扭矩；D為齒輪參數表中節圓直徑；α為壓力角；β為螺旋角；52)在窗口內輸入扭矩T，讀取齒輪參數表中節圓直徑D、壓力角α、螺旋角β，自動計算齒輪三個方向分力；53)用*loadcreatewithsystemonentity_curve命令，自動將載荷施加到36個齒輪嚙合點上；54)用*loadstepscreate命令，自動創建36個載荷步。本專利技術的有益效果為：1)自動化程序可以根據齒輪參數準確定位節圓位置，并在節圓上布置所需要的任意數量的齒輪嚙合點，快速實現批量齒輪嚙合點的創建，節約大量人工成本；2)自動化程序按照設定的規則自動搜索RBE3連接單元的主點，快速實現任意數量的RBE3連接單元創建；3)自動化程序可以根據輸入扭矩以及齒輪參數自動計算齒輪三個方向分力，并快速施加到各個齒輪上；4)本專利技術具有操作過程規范化、計算方法標準化、快速進行齒輪加載實現齒輪軸疲勞壽命有限元分析的目的，有助于減少人為因素引起的結果誤差，提高仿真精度，縮短研發周期，降低研發成本。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對本專利技術實施例描述中所要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據本專利技術實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術的流程圖；圖2為齒輪軸總成的結構示意圖；圖3為齒輪嚙合點示意圖；圖4為節圓1以外節點自動分組示意圖；圖5a為搜索與嚙合點本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，其特征在于，該加載方法包括以下步驟：/n步驟一、建立齒輪軸總成裝配有限元模型；/n步驟二、自動創建齒輪嚙合點；/n步驟三、自動創建局部圓柱坐標系；/n步驟四、自動創建嚙合點-齒面部分節點連接單元；/n步驟五、自動施加載荷；/n步驟六、提交計算：將計算文件導出，提交計算。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，其特征在于，該加載方法包括以下步驟：
步驟一、建立齒輪軸總成裝配有限元模型；
步驟二、自動創建齒輪嚙合點；
步驟三、自動創建局部圓柱坐標系；
步驟四、自動創建嚙合點-齒面部分節點連接單元；
步驟五、自動施加載荷；
步驟六、提交計算：將計算文件導出，提交計算。


2.根據權利要求1所述的一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，其特征在于，所述步驟一的具體方法如下：
11)建立第一齒輪(1)、第二齒輪(2)……第N齒輪(N)、齒輪軸(2-1)和軸承(3-1)的網格模型，其中，第一齒輪(1)、第二齒輪(2)……第N齒輪(N)命名為mchilun1、mchilun2、……mchilunN；
12)定義零件的材料屬性，所述第一齒輪(1)、第二齒輪(2)……第N齒輪(N)和齒輪軸(2)均為鋼材，在前處理軟件中定義材料彈性模量為2.1e5MPa，泊松比為0.3；
13)定義齒輪軸(2-1)總成接觸關系：定義相接觸部件之間為接觸關系，摩擦系數為0.1。


3.根據權利要求1所述的一種基于HyperWorks軟件的齒輪自動化加載方法，其特征在于，所述步驟二的具體方法如下：
21)通過TCL語言定義關鍵字mchilun*，查找模型中齒輪個數及齒輪名稱；
22)應用excel表格建立齒輪參數表，參數表中包括齒輪節圓直徑、壓力角和螺旋角；
23)通過讀取齒輪參數表，匹配關鍵字獲得各級齒輪的節圓直徑D；模型中mchilun1對應excel表中標識m_1，通過遍歷表格中每個單元格的標識，找到mchilun1的節圓直徑D1；依次循環，可以得到模型中所有齒輪的節圓直徑D；齒輪嚙合點要建立在節圓而不是分度圓上，節圓是齒輪成對嚙合時嚙合點所描繪的圓；建立齒輪參數表時，表內節圓直徑數據應是成對齒輪嚙合時的節圓直徑，而不是單個齒輪設計時的分度圓直徑；
24)添加齒輪網格模型的所有節點，應用*createbestcirclecenternode命令找到齒輪的中心點；
25)應用*createcirclefromcenterradius命令，以齒輪中心點為原點，垂直于齒輪軸線所在坐標軸方向，畫半...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉艷玲，康一坡，曹正林，王煒杰，李俊樓，閆博，張尤龍，
申請(專利權)人：中國第一汽車股份有限公司，
類型：發明
國別省市：吉林;22