解析作業

A430 歯車動作(剛体運動)

この記事は約57分で読めます。

FreeCADのギアワークベンチからジオメトリを作成して動作させてみました。

歯車動作 ミーゼス応力

対象 四面体二次要素

モデル化: FreeCAD 0.20

メッシング: salome-MECA 9.7.0

ソルバー :CalculiX(2.16)

ポストプロセッシング:ParaView5.9.0

条件 : 

involutegear

モジュール:1.000mm

involuterack

モジュール:1.000mm

ヤング率:210000MPa ポアソン比:0.3

作業: 下記

結果

平歯車の固定軸反力

作業(作成中。。。)

ジオメトリ

FreeCADにて作成しています。歯車のアドインを使用しています。
T141 fcgear (FreeCAD Workbench) 

インボリュートの歯車とラックを追加します。
実際の作業は別ファイルに格納して、厚さを10mmにして(計算量を減らすため)、歯車の方はメッシュ作成時のハードラインとして割線を入れています。ライナー(割線)

歯車追加
編集後

サンプルファイル: A430_assy_gear.FCStd, A430_gear.FCStd, A430_rack.FCStd

要素作成

salomeにて作成しています。

模擬軸用節点は、平歯車を固定するものとして節点を追加します。
接触部としてフェイスのグループを設定しておきます。

サンプルファイル: A430_mesh_r1.hdfA430_gear.unvA430_rack.unv

inpファイル作成

途中。。。

上記で作成したunvファイルをinpファイルに変換します。
unvファイルはFreeCADで読めるのですが、節点境界条件を付ける方法が見当たらないので
(ジオメトリにアタッチして等、方法はあるかもしれません)変換ぺージt911を作成しました。
また、要素の接触面も定義することができます。(節点定義だけであれば、CalculiXのランチャーでも変換可能です。メッシュ変換

下記は、inpファイルのひな型になります。

**要素を定義してあるファイルを読み込みます。
*INCLUDE,INPUT=gear.inp
*INCLUDE,INPUT=rack.inp
*INCLUDE,INPUT=rotateX.inp
*INCLUDE,INPUT=rotateY.inp

**すべての要素をセットEallに登録します。
** Define element set Eall
*ELSET, ELSET=Eall
EvolumesC3D10
EvolumesC3D10_2


**すべての要素をセットMaterialSolidSolidに登録します。
*ELSET,ELSET=MaterialSolidSolid
EvolumesC3D10
EvolumesC3D10_2


**すべての節点をセットNallに登録します。
*NSET,NSET=Nall
Nall_1
Nall_2


** MaterialSolid (mm ton)
*MATERIAL, NAME=MaterialSolid
*ELASTIC
210000, 0.300



*SOLID SECTION, ELSET=Eall, MATERIAL=MaterialSolid


*CONTACT PAIR, INTERACTION=INT1,TYPE=SURFACE TO SURFACE
DEP,IND
*SURFACE INTERACTION, NAME=INT1
*SURFACE BEHAVIOR,PRESSURE-OVERCLOSURE=LINEAR
1000000.0 
***FRICTION
**0.0,5000.



*equation
2
106,1,1,4668,1,-1
2
106,2,1,4668,2,-1
2
106,3,1,4668,3,-1
2
107,1,1,4669,1,-1
2
107,2,1,4669,2,-1
2
107,3,1,4669,3,-1



*STEP,NLGEOM
*STATIC, SOLVER=SPOOLES,direct
0.1,5


*BOUNDARY
NodeBC_worm_low_Y,1,1
NodeBC_worm_low_Y,3,3


*BOUNDARY
NodeBC_fix_gear,1,3

*BOUNDARY
NodeBC_Z_gear,3,3


*BOUNDARY
NodeBC_fix_side,3,3

*BOUNDARY,AMPLITUDE=Graph_RX
292,1,1,1

*BOUNDARY,AMPLITUDE=Graph_RY
292,2,2,1


*NODE FILE
U
*EL FILE
S, E

***NODE FILE
***NT

*NODE PRINT, NSET=NodeBC_fix_gear
 RF

*NSET,NSET=fix_gear2
106
107

*NODE PRINT, NSET=fix_gear2
 RF
 
*NODE PRINT, NSET=NodeBC_worm_low_Y, TOTALS=ONLY
 RF
 
 
*END STEP 

2~5行:要素と歯車挙動データのインクルード
46~58行:equationカードによる模擬軸の設定(T212 equationの使用

サンプルファイルA430_gear.inp

A430_gear.unv、A430_rack.unv をT911 unvToInpにて入力して、加工します。

作成した実行ファイルになります。
gearについてはリナンバーを100からにして、rackについては10000からにしています。

サンプルファイル: gear.inprack.inp

inpファイル 回転挙動の入力

途中。。。

サンプルファイル: rotateX.inprotateY.inp

解析実行・結果確認

CalculiXにて作成されて結果ファイル(frd)をdatファイルやParaview閲覧で確認します。
参考:vtk形式の出力

注記

値等の正確性は置いて、equationカードの使い道を検討してみました。

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