一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法技术

本发明专利技术属于汽车技术领域，具体的说是一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法。该加载方法包括以下步骤：步骤一、建立齿轮轴总成装配有限元模型；步骤二、自动创建齿轮啮合点；步骤三、自动创建局部圆柱坐标系；步骤四、自动创建啮合点‑齿面部分节点连接单元；步骤五、自动施加载荷；步骤六、提交计算：将计算文件导出，提交计算。本发明专利技术操作过程规范化、计算方法标准化、快速进行齿轮加载实现齿轮轴疲劳寿命有限元分析的目的，有助于减少人为因素引起的结果误差，能提高仿真精度，缩短研发周期，降低研发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法
本专利技术属于汽车
，具体的说是一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法。
技术介绍
工程中在对齿轮轴的疲劳寿命进行有限元分析时，需要在齿轮的多个啮合点处依次加载，以获得齿轮轴旋转过程中的应力循环历程。为了确保齿轮轴在旋转过程中受力的连续性和精确性，每个齿轮旋转一周内啮合点数量一般不少于36个，1根齿轮轴上通常不少于4个齿轮，因此在对1根齿轮轴进行仿真分析时，需要建立不少于144个连接单元。目前齿轮的加载方式通常是手动创建齿轮啮合点、手动建立啮合点-齿面的连接单元、手动施加载荷，操作过程繁琐重复、耗费大量时间且极易出错，随着齿轮数量及啮合点数量的增多，有限元建模的繁琐程度和时间成本将成倍增加。手动齿轮加载方法存在以下弊端：1)手动创建齿轮啮合点时，需要先确定1个啮合点，然后沿轴线旋转35次，得到36个啮合点。创建1根齿轮轴全部齿轮啮合点至少需要手动操作140次；2)手动创建啮合点-齿面RBE3连接单元时，需要先选择1个齿轮啮合点作为从点，再选择2个相邻齿面上的全部单元节点作为主点，建立1个RBE3连接单元。如此操作720次，才可建立齿轮轴上全部齿轮的所有RBE3连接单元；3)手动施加载荷时，需要手动计算齿轮三个方向的分力，操作至少288次才能完成齿轮加载；因此，需要找到一种更加简便的齿轮加载方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，该方法操作过程规范化、计算方法标准化、快速进行齿轮加载实现齿轮轴疲劳寿命有限元分析的目的，有助于减少人为因素引起的结果误差，能提高仿真精度，缩短研发周期，降低研发成本，解决了现有齿轮加载方法存在的上述问题。本专利技术技术方案结合附图说明如下：一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，该加载方法包括以下步骤：步骤一、建立齿轮轴总成装配有限元模型；步骤二、自动创建齿轮啮合点；步骤三、自动创建局部圆柱坐标系；步骤四、自动创建啮合点-齿面部分节点连接单元；步骤五、自动施加载荷；步骤六、提交计算：将计算文件导出，提交计算。所述步骤一的具体方法如下：11)建立第一齿轮1、第二齿轮2……第N齿轮N、齿轮轴2-1和轴承3-1的网格模型，其中，第一齿轮1、第二齿轮2……第N齿轮N命名为mchilun1、mchilun2、……mchilunN；12)定义零件的材料属性，所述第一齿轮1、第二齿轮2……第N齿轮N和齿轮轴2均为钢材，在前处理软件中定义材料弹性模量为2.1e5MPa，泊松比为0.3；13)定义齿轮轴2-1总成接触关系：定义相接触部件之间为接触关系，摩擦系数为0.1。所述步骤二的具体方法如下：21)通过TCL语言定义关键字mchilun*，查找模型中齿轮个数及齿轮名称；22)应用excel表格建立齿轮参数表，参数表中包括齿轮节圆直径、压力角和螺旋角；23)通过读取齿轮参数表，匹配关键字获得各级齿轮的节圆直径D；模型中mchilun1对应excel表中标识m_1，通过遍历表格中每个单元格的标识，找到mchilun1的节圆直径D1；依次循环，可以得到模型中所有齿轮的节圆直径D；齿轮啮合点要建立在节圆而不是分度圆上，节圆是齿轮成对啮合时啮合点所描绘的圆；建立齿轮参数表时，表内节圆直径数据应是成对齿轮啮合时的节圆直径，而不是单个齿轮设计时的分度圆直径；24)添加齿轮网格模型的所有节点，应用*createbestcirclecenternode命令找到齿轮的中心点；25)应用*createcirclefromcenterradius命令，以齿轮中心点为原点，垂直于齿轮轴线所在坐标轴方向，画半径为D/2的圆；26)应用*nodecreateatlineparams命令，在圆上平均创建36个点，即为齿轮啮合点。所述步骤三的具体方法如下：31)应用*systemcreate命令，以齿轮中心为原点，以原点到齿轮啮合点方向为X轴，以齿轮轴轴向为Z轴创建局部圆柱坐标系；32)将创建的齿轮啮合点赋于局部坐标系。所述步骤四的具体方法如下：41)用*findfaces命令，对齿轮取面；42)将齿轮所有节点取出放到nodes1里；以齿轮中心为原点，在垂直于齿轮轴线方向画齿轮节圆，节圆沿齿轮轴线方向前后分别移动80mm，以此形成密闭空间内的节点放到nodes2里；用*markdifferencenodes1nodes2语句，得到齿面节圆以外的节点set1；根据齿轮特征，此时节点可以自动分成相互独立的组；43)定义初始搜索阈值为0.01mm，如果搜索范围内没有节点，扩大阈值范围到0.02mm……逐步扩大阈值，直到搜索到第一个与啮合点距离最近的节点N1，保存N1所在分组的所有节点；如此循环36次，即可找到36个啮合点对应的齿面节点；44)用*rbe3命令，自动建立啮合点与对应节点RBE3连接单元。所述步骤五的具体方法如下：51)用TCL语言编辑一个窗口程序，程序内部写入齿轮三个方向分力计算公式：Ft＝T/D,Fr＝Fttanα,Fz＝Fttanβ，其中：Ft为切向力，Fr为径向力，Fz为轴向力；T为扭矩；D为齿轮参数表中节圆直径；α为压力角；β为螺旋角；52)在窗口内输入扭矩T，读取齿轮参数表中节圆直径D、压力角α、螺旋角β，自动计算齿轮三个方向分力；53)用*loadcreatewithsystemonentity_curve命令，自动将载荷施加到36个齿轮啮合点上；54)用*loadstepscreate命令，自动创建36个载荷步。本专利技术的有益效果为：1)自动化程序可以根据齿轮参数准确定位节圆位置，并在节圆上布置所需要的任意数量的齿轮啮合点，快速实现批量齿轮啮合点的创建，节约大量人工成本；2)自动化程序按照设定的规则自动搜索RBE3连接单元的主点，快速实现任意数量的RBE3连接单元创建；3)自动化程序可以根据输入扭矩以及齿轮参数自动计算齿轮三个方向分力，并快速施加到各个齿轮上；4)本专利技术具有操作过程规范化、计算方法标准化、快速进行齿轮加载实现齿轮轴疲劳寿命有限元分析的目的，有助于减少人为因素引起的结果误差，提高仿真精度，缩短研发周期，降低研发成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的流程图；图2为齿轮轴总成的结构示意图；图3为齿轮啮合点示意图；图4为节圆1以外节点自动分组示意图；图5a为搜索与啮合点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，其特征在于，该加载方法包括以下步骤：/n步骤一、建立齿轮轴总成装配有限元模型；/n步骤二、自动创建齿轮啮合点；/n步骤三、自动创建局部圆柱坐标系；/n步骤四、自动创建啮合点-齿面部分节点连接单元；/n步骤五、自动施加载荷；/n步骤六、提交计算：将计算文件导出，提交计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，其特征在于，该加载方法包括以下步骤：
步骤一、建立齿轮轴总成装配有限元模型；
步骤二、自动创建齿轮啮合点；
步骤三、自动创建局部圆柱坐标系；
步骤四、自动创建啮合点-齿面部分节点连接单元；
步骤五、自动施加载荷；
步骤六、提交计算：将计算文件导出，提交计算。


2.根据权利要求1所述的一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：
11)建立第一齿轮(1)、第二齿轮(2)……第N齿轮(N)、齿轮轴(2-1)和轴承(3-1)的网格模型，其中，第一齿轮(1)、第二齿轮(2)……第N齿轮(N)命名为mchilun1、mchilun2、……mchilunN；
12)定义零件的材料属性，所述第一齿轮(1)、第二齿轮(2)……第N齿轮(N)和齿轮轴(2)均为钢材，在前处理软件中定义材料弹性模量为2.1e5MPa，泊松比为0.3；
13)定义齿轮轴(2-1)总成接触关系：定义相接触部件之间为接触关系，摩擦系数为0.1。


3.根据权利要求1所述的一种基于HyperWorks软件的齿轮自动化加载方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：
21)通过TCL语言定义关键字mchilun*，查找模型中齿轮个数及齿轮名称；
22)应用excel表格建立齿轮参数表，参数表中包括齿轮节圆直径、压力角和螺旋角；
23)通过读取齿轮参数表，匹配关键字获得各级齿轮的节圆直径D；模型中mchilun1对应excel表中标识m_1，通过遍历表格中每个单元格的标识，找到mchilun1的节圆直径D1；依次循环，可以得到模型中所有齿轮的节圆直径D；齿轮啮合点要建立在节圆而不是分度圆上，节圆是齿轮成对啮合时啮合点所描绘的圆；建立齿轮参数表时，表内节圆直径数据应是成对齿轮啮合时的节圆直径，而不是单个齿轮设计时的分度圆直径；
24)添加齿轮网格模型的所有节点，应用*createbestcirclecenternode命令找到齿轮的中心点；
25)应用*createcirclefromcenterradius命令，以齿轮中心点为原点，垂直于齿轮轴线所在坐标轴方向，画半...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳玲，康一坡，曹正林，王炜杰，李俊楼，闫博，张尤龙，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22