pobieranie: Ansys koło zębate
Pobierz dokument docPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Numeryczne metody analizy konstrukcji
Analiza koła zębatego
Szczecin 2001
Opis zadania
Koło zębate wykonane jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga
E=2.1·1011 Pa
i współczynniku Poissona ν = 0.3.
■ PREPROCESOR
Nadanie tytułu
Utility Menu: File → Change Title
[/TITLE] : Koło zębate
Utility Menu: Plot → Replot
Ustawienia preferencji
Main Menu: Preferences
Structural will show
h – Method on
Definiowanie typu elementu
Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete
wybierz elementy: 1. Shell elastic 4node 63
2. Solid Brick 8node 45
3. Beam 3D elastic 4
Definiowanie geometrycznych cech elementu belkowego Beam 4
Main Menu: Preprocessor → Real Constants
Set No. 1
Area 314
IZZ 7854
IYY 7854
TKZ 20
TKY 20
IXX 15708
Definiowanie stałych materiałowych
Main Menu: Preprocessor → Material Props → -Constant- Isotropic
EX: 2.1e11
NUXY: 0.3
Zapisanie bazy danych
Utility Menu: File → Save as... → Save Database to
Kolo.db ( OK
Rysowanie koła zębatego wraz z wałkiem
a) ustawienia siatki pomocniczej
Utility Menu: Work Plane → WP Settings...
Cartesian on
Grid + Triad on
Snap increment 5
Spacing 5
Min -50
Max 50
Tolerance 1
Utility Menu: Work Plane → Display Working Plane
Utility Menu: Plot Ctrls → View Settings → Magnification
User specified on
User specified distance 55
b) modelowanie zarysu bazowego koła zębatego
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines- Arcs
→ By Cent ( Radius
Centrum 0,0,0
Radius 15
OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Keypoints→ In
Active CS
Nr 5. 0,20,0
Nr 6. 5,10,0
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering... → KP on
Utility Menu: Plot → Keypoints
c) modelowanie zarysu zęba
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines- Splines →
With Options → Spline thru KP’s
wskazać jako pierwszy punkt bazowy nr 5 (położony powyżej okręgu),
a następnie punkt bazowy nr 6!
Start tangent -1,0,0
Ending tangent 1,0,0
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Reflect → Lines
wybierz zakrzywioną linię
Y – Z plane on
OK
Utility Menu: Plot → Lines
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Divide →
With options → Line by Line
wskaż obie zakrzywione linie OK
wskaż obie górne ćwierci okręgu OK
SEPO Shared entities
KEEP1 Handled per BOT
KEEP2 Kept OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Divide →
With options → Line by Line
wskaż obie górne ćwierci okręgu OK
wskaż obie górne części zakrzywionych linii OK
SEPO Shared entities
KEEP1 Handled per BOT
KEEP2 Kept OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Delete → Line and Below
wskaż obie dolne części zakrzywionych linii OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Glue →
Lines
wskaż 4 linie tworzące zarys zęba Apply
wskaż 6 linii tworzących okrąg OK
d) modelowanie zarysu koła
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Areas- Circle →
Solid Circle
Centrum 0,0,0
Radius 5
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Areas- Arbitrary →
By Lines
wskaż 4 linie tworzące zarys zęba Apply
wskaż 6 linii tworzących okrąg OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Substract
→ Areas
wskaż duże koło Apply
wskaż koło mniejsze OK
e) zapisanie pracy
Ansys Toolbar: SAVE_DB
f) tworzenie siatki elementów skończonych
Utility Menu: Plot → Lines
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls → -Lines- Picked
Lines
ustalić podział linii wg schematu poniżej
(pole SIZE powinno pozostać puste!)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Mesh → -Areas- Free
Pick All
(tworzenie siatki z elementów Shell 63)
Main Menu: Preprocessor → -Attributes- Define → Default Attribs…
TYPE: 2
(zmiana elementów na Solid 45 i tworzenie siatki poprzez
„wyciągnięcie” siatki elementów Shell 63)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls Size → -Global-
Size…
NDIV: 7
(liczba podziałów wzdłuż osi Z)
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → Extrude → -Areas-
By XYZ Offset
Pick All
DX, DY, DZ 0 0 16
RX, RY, RZ 1 1 1
Tworzenie wałka.
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Nodes→ In Active
CS…
NODE: pozostaw puste
0, 0, 0 Apply
0, 0, 16 Apply
0, 0, 32 Apply
0, 0, -40 Apply
0, 0, -50 Apply
0, -30, -40 OK
Utility Menu: Plot Ctrls → Pan, Zoom, Rotate... → Left
Main Menu: Preprocessor → -Attributes- Define → Default Attributes
TYPE: 3 (element belkowy Beam 4)
REAL: 1 (wymiary przekroju poprzecznego wałka)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls → -Global- Size
SIZE: 0
NDIV: 0
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered- Thru Nodes
połącz ze sobą nowo utworzone węzły, tak jak na rysunku powyżej
(łącząc ze sobą dwa węzły i zatwierdzając)
Połączenie wałka z kołem zębatym
a) połączenie powierzchni czołowej koła z wałkiem od strony
łożyska pływającego
Utility Menu: Select → Entities → Nodes → By Location → Z
coordinates
Min, Max: 16 OK
Utility Menu: Plot → Nodes
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered-
Thru Nodes
połączyć węzeł położony w środku koła z każdym węzłem
leżącym na obwodzie wewnętrznym koła zębatego jak na rysunku opisu
zadania
Ansys Toolbar: SAVE_DB
b) połączenie powierzchni czołowej koła z wałkiem od strony napędu
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Select → Entities → Nodes → By Location → Z
coordinates
Min, Max: 0 OK
Utility Menu: Plot → Nodes
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered-
Thru Nodes
połączyć węzły wałka i belki jak poprzednio od strony łożyska
sztywnego
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Plot → Elements
Ansys Toolbar: SAVE_DB
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Clear → Areas
Pick All OK
Utility Menu: Plot → Elements
10. Definiowanie obciążenia i warunków brzegowych (utwierdzenia
modelu)
■ SOLVER
a) utwierdzenie
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Displacement →
On Nodes
1. Łożysko stałe UX = 0, UY = 0, UZ = 0
2. Łożysko pływające UX = 0, UY = 0
3. Napęd UX = 0
b) obciążenie
ustawić koło frontem (Pan, Zoom, Rotate... → Front) i powiększyć
ząb koła
wybrać trzeci od góry rząd elementów leżący po lewej stronie
zęba (7 elementów):
Utility Menu: Select → Entities → Elements → By Num/Pick →
From Full → OK
przełączyć w oknie wybierania (Select elements) z Single na Box I
wybrać tylko element trzeci od góry po lewej stronie, tak aby liczba
wybranych elementów (Count) = 7
Utility Menu: Plot → Elements
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Pressure → On
Elements
Pick All
VALUE: 130 [N/mm2] (dodatnia wartość ciśnienia oznacza ciśnienie w
kierunku elementu, ujemna od elementu)
→ OK.
LKEY:
Każdy z 7 wybrancych elementów posiada 6 tworzących go powierzchni.
Są one ponumerowane od 1 do 6. Nie jest wiadome, które z tych
powierzchni leżą na zewnątrz, gdzie należy przyłożyć
obciążenie. Można to określić na 2 sposoby:
- z użyciem układu współrzędnych związanym z elementem. W opcjach
elementu należy ustawić orientację układu wsp. zgodnie z
położeniem elementu
Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete
wybrać element Solid 45 → Options…
K4: By elem I – J side
i znając numerację węzłów danego elementu
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering... → Node on
np
oraz rozkład numeracji węzłów i powierzchni elementu:
czyli powierzchnię 1 tworzą węzły I, J, K, L
2: węzły I, J, M, N
3: węzły J, K, O, P
4: węzły K, L, O, P
5: węzły I, L, M, P
6: węzły M, N, O, P
Numeracja węzłów konkretnego elementu przebiega wg oznaczeń
literowych I, J, K, L, M, N, O, P, którym odpowiadają kolejne rosnące
numery węzłów. Tak więc dla przykładowego elementu:
I → 18; J → 19; K → 31; L → 32;
M → 239; N → 240; O → 252; P → 253,
a powierzchnie:
1: 18, 19, 31, 32
2: 18, 19, 239, 240
3: 19, 31, 252, 253 itd.
Interesującą nas powierzchnię zewnętrzną tworzą węzły 18, 19,
239
i 240, czyli powierzchnię nr 2. Tak więc w polu LKEY należy wpisać
2,
- metodą prób i błędów, przy czym metoda ta jest pracochłonna,
gdyż po każdym błędnym wybraniu powierzchni należy ususnąć
obciążenie na tejże powierzchni:
Solution → -Loads- Delete → -Structural- Pressure → On Elements
Po tej operacji obciążona powierzchnia oznaczona jest czerwoną
ramką.
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Plot → Replot
Ansys Toolbar: SAVE_DB
11. Rozwiązanie zadania
Main Menu: Solution → -Solve- Current LS
PAGE 2
4
ukł wsp. związany z elementem
NDIV 7
SPACE 0.3
NDIV 3
SPACE 1
NDIV 5
SPACE 1
NDIV 4
SPACE 0.3
NDIV 6
SPACE 1
sztywne
NDIV 10
SPACE 0.3
pływające
Ansys koło zębate
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA
KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych
Numeryczne metody analizy konstrukcji
Analiza koła zębatego
Szczecin 2001
Opis zadania
Koło zębate wykonane jest ze stali konstrukcyjnej o module Younga
E=2.1·1011 Pa
i współczynniku Poissona ν = 0.3.
■ PREPROCESOR
Nadanie tytułu
Utility Menu: File → Change Title
[/TITLE] : Koło zębate
Utility Menu: Plot → Replot
Ustawienia preferencji
Main Menu: Preferences
Structural will show
h – Method on
Definiowanie typu elementu
Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete
wybierz elementy: 1. Shell elastic 4node 63
2. Solid Brick 8node 45
3. Beam 3D elastic 4
Definiowanie geometrycznych cech elementu belkowego Beam 4
Main Menu: Preprocessor → Real Constants
Set No. 1
Area 314
IZZ 7854
IYY 7854
TKZ 20
TKY 20
IXX 15708
Definiowanie stałych materiałowych
Main Menu: Preprocessor → Material Props → -Constant- Isotropic
EX: 2.1e11
NUXY: 0.3
Zapisanie bazy danych
Utility Menu: File → Save as... → Save Database to
Kolo.db ( OK
Rysowanie koła zębatego wraz z wałkiem
a) ustawienia siatki pomocniczej
Utility Menu: Work Plane → WP Settings...
Cartesian on
Grid + Triad on
Snap increment 5
Spacing 5
Min -50
Max 50
Tolerance 1
Utility Menu: Work Plane → Display Working Plane
Utility Menu: Plot Ctrls → View Settings → Magnification
User specified on
User specified distance 55
b) modelowanie zarysu bazowego koła zębatego
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines- Arcs
→ By Cent ( Radius
Centrum 0,0,0
Radius 15
OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Keypoints→ In
Active CS
Nr 5. 0,20,0
Nr 6. 5,10,0
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering... → KP on
Utility Menu: Plot → Keypoints
c) modelowanie zarysu zęba
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Lines- Splines →
With Options → Spline thru KP’s
wskazać jako pierwszy punkt bazowy nr 5 (położony powyżej okręgu),
a następnie punkt bazowy nr 6!
Start tangent -1,0,0
Ending tangent 1,0,0
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Reflect → Lines
wybierz zakrzywioną linię
Y – Z plane on
OK
Utility Menu: Plot → Lines
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Divide →
With options → Line by Line
wskaż obie zakrzywione linie OK
wskaż obie górne ćwierci okręgu OK
SEPO Shared entities
KEEP1 Handled per BOT
KEEP2 Kept OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Divide →
With options → Line by Line
wskaż obie górne ćwierci okręgu OK
wskaż obie górne części zakrzywionych linii OK
SEPO Shared entities
KEEP1 Handled per BOT
KEEP2 Kept OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Delete → Line and Below
wskaż obie dolne części zakrzywionych linii OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Glue →
Lines
wskaż 4 linie tworzące zarys zęba Apply
wskaż 6 linii tworzących okrąg OK
d) modelowanie zarysu koła
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Areas- Circle →
Solid Circle
Centrum 0,0,0
Radius 5
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Areas- Arbitrary →
By Lines
wskaż 4 linie tworzące zarys zęba Apply
wskaż 6 linii tworzących okrąg OK
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → -Booleans- Substract
→ Areas
wskaż duże koło Apply
wskaż koło mniejsze OK
e) zapisanie pracy
Ansys Toolbar: SAVE_DB
f) tworzenie siatki elementów skończonych
Utility Menu: Plot → Lines
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls → -Lines- Picked
Lines
ustalić podział linii wg schematu poniżej
(pole SIZE powinno pozostać puste!)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Mesh → -Areas- Free
Pick All
(tworzenie siatki z elementów Shell 63)
Main Menu: Preprocessor → -Attributes- Define → Default Attribs…
TYPE: 2
(zmiana elementów na Solid 45 i tworzenie siatki poprzez
„wyciągnięcie” siatki elementów Shell 63)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls Size → -Global-
Size…
NDIV: 7
(liczba podziałów wzdłuż osi Z)
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Operate → Extrude → -Areas-
By XYZ Offset
Pick All
DX, DY, DZ 0 0 16
RX, RY, RZ 1 1 1
Tworzenie wałka.
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → -Nodes→ In Active
CS…
NODE: pozostaw puste
0, 0, 0 Apply
0, 0, 16 Apply
0, 0, 32 Apply
0, 0, -40 Apply
0, 0, -50 Apply
0, -30, -40 OK
Utility Menu: Plot Ctrls → Pan, Zoom, Rotate... → Left
Main Menu: Preprocessor → -Attributes- Define → Default Attributes
TYPE: 3 (element belkowy Beam 4)
REAL: 1 (wymiary przekroju poprzecznego wałka)
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Size Cntrls → -Global- Size
SIZE: 0
NDIV: 0
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered- Thru Nodes
połącz ze sobą nowo utworzone węzły, tak jak na rysunku powyżej
(łącząc ze sobą dwa węzły i zatwierdzając)
Połączenie wałka z kołem zębatym
a) połączenie powierzchni czołowej koła z wałkiem od strony
łożyska pływającego
Utility Menu: Select → Entities → Nodes → By Location → Z
coordinates
Min, Max: 16 OK
Utility Menu: Plot → Nodes
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered-
Thru Nodes
połączyć węzeł położony w środku koła z każdym węzłem
leżącym na obwodzie wewnętrznym koła zębatego jak na rysunku opisu
zadania
Ansys Toolbar: SAVE_DB
b) połączenie powierzchni czołowej koła z wałkiem od strony napędu
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Select → Entities → Nodes → By Location → Z
coordinates
Min, Max: 0 OK
Utility Menu: Plot → Nodes
Main Menu: Preprocessor → -Modeling- Create → Elements→ -Auto
Numbered-
Thru Nodes
połączyć węzły wałka i belki jak poprzednio od strony łożyska
sztywnego
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Plot → Elements
Ansys Toolbar: SAVE_DB
Main Menu: Preprocessor → -Meshing- Clear → Areas
Pick All OK
Utility Menu: Plot → Elements
10. Definiowanie obciążenia i warunków brzegowych (utwierdzenia
modelu)
■ SOLVER
a) utwierdzenie
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Displacement →
On Nodes
1. Łożysko stałe UX = 0, UY = 0, UZ = 0
2. Łożysko pływające UX = 0, UY = 0
3. Napęd UX = 0
b) obciążenie
ustawić koło frontem (Pan, Zoom, Rotate... → Front) i powiększyć
ząb koła
wybrać trzeci od góry rząd elementów leżący po lewej stronie
zęba (7 elementów):
Utility Menu: Select → Entities → Elements → By Num/Pick →
From Full → OK
przełączyć w oknie wybierania (Select elements) z Single na Box I
wybrać tylko element trzeci od góry po lewej stronie, tak aby liczba
wybranych elementów (Count) = 7
Utility Menu: Plot → Elements
Main Menu: Solution → -Loads- Apply → -Structural- Pressure → On
Elements
Pick All
VALUE: 130 [N/mm2] (dodatnia wartość ciśnienia oznacza ciśnienie w
kierunku elementu, ujemna od elementu)
→ OK.
LKEY:
Każdy z 7 wybrancych elementów posiada 6 tworzących go powierzchni.
Są one ponumerowane od 1 do 6. Nie jest wiadome, które z tych
powierzchni leżą na zewnątrz, gdzie należy przyłożyć
obciążenie. Można to określić na 2 sposoby:
- z użyciem układu współrzędnych związanym z elementem. W opcjach
elementu należy ustawić orientację układu wsp. zgodnie z
położeniem elementu
Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete
wybrać element Solid 45 → Options…
K4: By elem I – J side
i znając numerację węzłów danego elementu
Utility Menu: Plot Ctrls → Numbering... → Node on
np
oraz rozkład numeracji węzłów i powierzchni elementu:
czyli powierzchnię 1 tworzą węzły I, J, K, L
2: węzły I, J, M, N
3: węzły J, K, O, P
4: węzły K, L, O, P
5: węzły I, L, M, P
6: węzły M, N, O, P
Numeracja węzłów konkretnego elementu przebiega wg oznaczeń
literowych I, J, K, L, M, N, O, P, którym odpowiadają kolejne rosnące
numery węzłów. Tak więc dla przykładowego elementu:
I → 18; J → 19; K → 31; L → 32;
M → 239; N → 240; O → 252; P → 253,
a powierzchnie:
1: 18, 19, 31, 32
2: 18, 19, 239, 240
3: 19, 31, 252, 253 itd.
Interesującą nas powierzchnię zewnętrzną tworzą węzły 18, 19,
239
i 240, czyli powierzchnię nr 2. Tak więc w polu LKEY należy wpisać
2,
- metodą prób i błędów, przy czym metoda ta jest pracochłonna,
gdyż po każdym błędnym wybraniu powierzchni należy ususnąć
obciążenie na tejże powierzchni:
Solution → -Loads- Delete → -Structural- Pressure → On Elements
Po tej operacji obciążona powierzchnia oznaczona jest czerwoną
ramką.
Utility Menu: Select → Everything
Utility Menu: Plot → Replot
Ansys Toolbar: SAVE_DB
11. Rozwiązanie zadania
Main Menu: Solution → -Solve- Current LS
PAGE 2
4
ukł wsp. związany z elementem
NDIV 7
SPACE 0.3
NDIV 3
SPACE 1
NDIV 5
SPACE 1
NDIV 4
SPACE 0.3
NDIV 6
SPACE 1
sztywne
NDIV 10
SPACE 0.3
pływające
