視頻 12-3 2D齒輪齒條實(shí)例（1）
要么仿真、要么被打敗
現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)對工程師提出了更高要求，傳統(tǒng)CAD+設(shè)計手冊已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代設(shè)計要求、 應(yīng)用CAE能有效地對零件和產(chǎn)品進(jìn)行仿真檢測，確定產(chǎn)品和零件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，并極大降低產(chǎn)品開發(fā)成本。在產(chǎn)品維護(hù)檢修階段能分析產(chǎn)品故障原因，分析質(zhì)量因素等。 有限元分析在CAE中運(yùn)用最廣，有限單元法的基本思想是將物體（即連續(xù)的求解域）離散成有限個簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題。物體被離散后，通過對其中各個單元進(jìn)行單元分析，最終得到對整個物體的分析結(jié)構(gòu)。隨著單元數(shù)目的增加，解的近似程度將不斷增大和逼近真實(shí)情況。
結(jié)構(gòu)有限元仿真可以計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、計算約束反力、校核強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中重要的組成部分。
下面以一個平面齒輪、齒條結(jié)構(gòu)的有限元仿真為例，說明一下有限元在結(jié)構(gòu)仿真中的應(yīng)用。
我們要計算的是一個厚度為12mm的齒輪、齒條機(jī)構(gòu)，齒輪需要多大的轉(zhuǎn)矩才能在齒條上形成2500N的推力。
分析要求解的問題，我們可以反過來在齒條上施加一個2500N的推力，在齒輪中添加約束，使其只能進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可以將齒輪固定，這時齒輪中心處受到的扭矩就是在齒條形成2500N所需要施加的扭矩，另外由于幾何模型是等厚度的，我們可以取一個截面進(jìn)行分析，從而將3D問題轉(zhuǎn)換為2D問題，提高仿真速度。
在工具箱中拖入一個靜態(tài)結(jié)構(gòu)仿真模塊
設(shè)置幾何模型的屬性為2D，注意該步驟需要在導(dǎo)入模型前完成。導(dǎo)入由CAD軟件建立的模型，并將其另存為stp中性格式文件，導(dǎo)入到ANSYS中，雙擊mechanical，打開仿真界面，設(shè)置單位為mm、kg
確保模型的仿真屬性為平面應(yīng)力類型仿真
設(shè)置厚度為12mm
設(shè)置齒輪、齒條接觸類型為不分離類型
切換到邊選擇工具，選擇齒輪圓心，并在圓心處插入遠(yuǎn)程點(diǎn) 
在該遠(yuǎn)程點(diǎn)處設(shè)置遠(yuǎn)程位移約束，設(shè)置三個自由度均為0
在齒條邊線處設(shè)置無摩擦約束，確保齒條受向左的法向支撐
在底邊設(shè)置作用力為2500N
劃分網(wǎng)格后并進(jìn)行求解，從仿真結(jié)果中我們可以查看結(jié)構(gòu)的變形和受力情況，并得到我們所需要的齒輪轉(zhuǎn)矩。
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