基于ANSYS的施工升降机减速器箱体仿真分析
基于ANSYSWorkbench的两级减速器箱体模态分析
基于ANSYS Workbench 的两级减速器箱体模态分析南永博赵永强杜枭雄（陕西理工大学机械工程学院，陕西汉中723000）摘要：为了获得减速器危险输入转速分布范围，首先利用三维设计软件Pro /E 对减速器箱体进行三维建模，之后将其导入到ANSYS Workbench 中进行有限元静力学分析、模态分析，得到了箱体的最大应力、最大变形分布云图，以及前六阶固有频率及模态振型，其固有频率分布范围在481.48～1203.2Hz 之间。
结合减速器固有频率分布范围，经过计算，得到了相应频率下的减速器输入转速，转速范围为28888.8～72192r /min 之间。
将实际工作时减速器的转速与上述转速进行对比分析，可确定减速器是否会发生共振现象，为实际工作中减速器的结构优化设计、振动问题的研究分析提供了一定参考。
关键词：减速器箱体；有限元；模态分析；振动0引言齿轮减速器由于传动效率高，被广泛应用于工业生产制造中[1]。
箱体作为减速器的一部分，是减速器重要的零部件，通常减速器箱体由于结构复杂，主要靠经验去设计[2]。
随着计算机技术的飞速发展，可以利用有限元分析软件对大型三维实体模型进行分析，本文利用了ANSYS Workbench 来对两级圆柱齿轮减速器箱体进行模态分析，模态分析方法采用Block Lanczos 法，经过有限元分析得到了箱体的模态振型云图，找到了箱体变形最大的部位，为减速器箱体的抗振设计提供了一定的理论参考[3]。
1减速器模型本文采用Pro /E 软件来建立箱体三维模型，有限元分析时将箱体模型保存为IGS 格式文件，直接导入ANSYS Workbench 中。
在有限元分析中忽略了对有限元分析结果影响较小的螺纹孔等，有限元网格划分时采用的网格单元为Solid92。
根据实际情况，减速器的制造材料为灰铸铁，其弹性模量E X =140GPa 、泊松比为0.25。
网格划分模式采用自由网格划分方法，设置好上述参数，经过网格划分，共得到56895个单元。
基于SolidWorks和ANSYS的新型减速机的有限元分析
基于SolidWorks和ANSYS的新型减速机箱体的有限元分析摘要：本论文运用常用三维建模软件SolidWorks，建立水泥生产用新型减速器箱体的三维模型，利用SolidWorks与ANSYS12.1的相应接口技术，将建立的减速机箱体三维模型导入ANSYS中。
通过对箱体进行应力分析，得到应力分布图、位移信息，找到最薄弱的区域；并通过模态分析分析箱体固有频率及振型，为减速机箱体结构的优化提供有效依据。
关键词：ANSYS；SolidWorks；减速机箱体；有限元分析0引言减速器作为机器的重要组成部分，主要是用来将原动机的运动和力传递给工作机，并且改变原动机的运动速度和形式、力或力矩的大小与方向，使之适应其他工作机的需要。
近年来，由于水泥工业的飞速发展，与之相应的水泥用减速机的应用也升级迅速，本文的主要任务是对水泥生产用的新型减速器箱体进行应力分析和模态分析，通过对箱体的应力分析，得到相应的应力分布图，并且找到减速机箱体应力最薄弱的区域；通过对减速机的模态分析，研究箱体的固有频率及阵型，从理论上分析了减速机箱体产生振动的敏感部位。
将分析的结果与实际试验的结果比较，从而对减速器箱体进行结构的优化设计提供参考依据。
1.减速机箱体数学模型的建立（1）运用SolidWorks软件建立箱体模型虽然ANSYS自身带有建模功能，但是这个建模功能非常有限，只能处理一些相对简单的模型。
而本文进行分析的减速箱体结构比较复杂，ANSYS自带的建模功能不能满足本文所需箱体模型的建立。
而SolidWorks软件具有强大的建模功能，利用它来建立本文所需的模型就相对简单一些，所以本文采用SolidWorks软件来建立箱体的三维模型。
在建模的过程中，对减速机箱体模型进行了一些简化。
简化了减速机箱体的结构，将上、下箱体以及输入端轴承盖作为一个整体，忽视过渡圆角、吊耳、油杯孔、螺纹孔、部分凸台以及顶部密封，然后按照设计图纸在准确尺寸的基础上建立了箱体的三维模型。
基于ANSYSWorkbench模态下的减速机振动分析_吕晖
的模型如图 2 所示。
图 2 箱体三维实体模型 （ 2） 在 Workbench 中赋予材料性能 箱体材料采
用 QT500—7，密度7 300 kg / m3 ，E = 1. 50 × 105 MPa， 泊松比取 0. 3。将模型导入 ANSYS Workbench 环境下 的模 态 分 析 模 块 中，将 材 料 的 各 项 属 性 赋 予 几 何
这样就保护了滚珠丝杠和丝母 （ 见图 3） 。
（ 收稿日期： 20131220）
冷加工
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转速 n = 1 500 r / min，各齿轮齿数为 z1 = 21，z2 = 34， z3 = 20，z4 = 81，z5 = 17，z6 = 67。
2. 各级齿轮的转频和啮合频率
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冷加工
模态分析是机器振动特性研究的一种方法，可 以用于分析装置的振形和固有频率。模态参数可由 试验分析法或是有限元计算法获得，试验分析法需 要制作出机器后进行多次信号采集及辨别来得到固 有振动频率和振形，通过多次试验提取数据后对设
计进行修改，可以达到优化的目的，需要的时间长， 成本高； 有限元计算法可在设计阶段，没有制作出机 器的情况下利用有限元分析软件进行模态分析，需要的 时间短，成本低，这种方法具有广泛的使用价值。
图 4 前 10 阶固有频率图 对比图 1 和图 4 可以看出，各齿轮的转频和啮合 频率都远离各阶固有频率，减速机不会发生共振现象。
模型。 （ 3） 有限元网格模型建立 有限元模型建立时，
网格的划分是一个非常重要的环节，网格的划分质量 对分析结果的准确性有很大的影响。本减速箱采用了 系统默认的 Solid187 单元，Solid187 单元是一个高阶 三维 10 节点固体结构单元，具有二次位移模式，可
基于ANSYS的轮边减速器壳体有限元分析与改进
基于ANSYS的轮边减速器壳体有限元分析与改进张燕【摘要】三支点前置电动叉车是当今一种重要的物流工具,轮边减速器是电动叉车的重要动力单元,轮边减速器的壳体作为其关键部件,承受较大的外载荷,壳体极易随着载荷的作用而发生变形,从而导致零件的报废,降低整台机器的使用年限.设计人员在设计轮边减速器壳体的时候,首先通过Pro/E建立壳体的三维模型,然后将三维模型导入有限元分析软件ANSYS中,结合牛顿-拉普森迭代法对壳体进行静态接触分析,从而预测设计存在的缺陷,提出相应的优化改进对策,通过多次仿真优化,使得壳体符合使用要求.通过有限元分析,既缩短了减速器壳体的设计周期,又降低了生产成本.【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(022)001【总页数】6页(P32-37)【关键词】ANSYS;有限元分析;轮边减速器;壳体;改进【作者】张燕【作者单位】安徽国防科技职业学院汽车技术学院,安徽六安237011【正文语种】中文【中图分类】TH132随着工业经济的快速增长，货运、仓储等在经济增长过程中起着愈来愈关键的作用.货运、仓储等技术在各工作环节的节奏情况，将明显影响产品物流成本.若节奏过慢，不利于成本的节约，不利于货物及资金的流通速度以及经济效益的提高.在物流过程中，电动叉车的使用起到了极大的作用.当今市场上除了电动叉车，部分企业仍然采用内燃叉车.不过，内燃叉车上运用的动力装置质量高低不一，致使噪声得不到良好控制，尾气排放超标，恶化了作业现场.其次，内燃叉车引起的声音很大，长时间听取会损坏人类的听觉.电动叉车采用健康、安全、环保的电能作为其动力，彻底解决了内燃叉车排放超标的问题，动力装置采用电动机而不再采用发动机，叉车的驾驶人员远离噪声，听觉得到了保护.凡是对工作环境在噪音、环保、安全等方面有极高要求的工作场所，物流工具均采用电动叉车[1].三支点前驱电动叉车转弯半径小、传动比较大、离地间隙较高，轮边减速器的采用既简化了电动叉车整车结构，使整车体积减小，又优化了动力传递路径，提升动力传递效率，达到节能减排的效果[2].1 减速器实物及二维简图分析减速器壳体适用于三支点前驱电动叉车，它的二维示意图如图1所示.壳体内部装配有行星轮系，其中一端与盖板及端盖连接并固结在车架上，动力从这一端进入；与其对应的另一端为动力输出端，与车轮相连接.壳体连同零部件在叉车上的布置形式如图2所示，壳体实物如图3，其在叉车上的布置实物图如图4所示，减速器壳体的材料为HT200，一般为铸件.减速器壳体重量轻，工艺简单，使用广泛.图1 壳体二维示意图(M：电动机 FC：减速装置)图2 三支点前驱电动叉车结构示意图图3 壳体实物图图4 壳体及部件布置实物图三支点电叉车的结构及使用要求决定了减速器壳体的特点.由于车间、仓库等仓储空间越来越小，因此希望叉车尺寸越小越好.基于这种情况，作为叉车的重要部件，轮边减速器的壳体尺寸亦要求尽量小；再者，要求车体的自重不能太重，壳体的质量占整个减速器重量的比重很大，所以为实现轻量化，壳体的质量是需要关注的一个重要问题.综上所述，壳体希望实现的目标是质量轻、强度高、尺寸小、结构紧凑.2 减速器壳体三维模型的建立二维简图只能给生产工艺部门制订工艺流程时提供参考图纸，但是对于有限元分析而言二维简图是满足不了有限元分析需求的.因此，要想完成有限元分析必须在作出二维简图的前提下，再建立减速器壳体的三维模型[3].图5 三维建模步骤减速器壳体及与壳体连接的几个零部件采用参数化建模的方法，借助三维造型软件Pro/E来实现三维模型的建立，建模步骤如图5.通过以上步骤创建了如下三维模型，如图6～8所示.图9为以上零部件的组合图. 针对壳体的结构特征，基于二维CAD模型，利用大型三维造型软件构建壳体的三维实体模型，进而为壳体的有限元分析提供了几何模型.图6 壳体三维图图7 盖板三维图图8 端盖及输出轴三维图图9 组合三维图3 有限元模型的建立3.1 壳体三维模型的导入首先把模型导入到有限元中，值得注意的是在实体模型构建过程中，根据后续有限元分析软件计算需要来作为建模依据，在不改变受力情况和分析要求前提下，构建模型如图10所示.借助Pro/E与大型通用有限元分析软件Ansys之间的数据传输，完成减速器壳体三维模型的导入[4].3.2 减速器壳体有限元模型的建立ANSYS环境下，首先确定单元类型为20节点高阶实体单元SOLID95，然后定义材料属性，表1为壳体材料的相关属性，基于上述基础，完成壳体模型的有限元网格划分，建成减速器壳体有限元模型[4].表1 轮边减速器壳体相关参数壳体材料HT200应力极限76.3 MPa最大应变0.028 mm泊松比0.25密度7.8 g/cm3弹性模量150 GPa重力加速度9.8 m/s2 ANSYS中提供了3种网格划分方法，即自由划分、映射划分和扫掠划分.在网格划分减速器壳体过程中，所采用的网格划分粗细与划分方法将会很大程度上影响结果准确度.在壳体有限元仿真时，精度与效度很难协调，一般为了提升精度，会增多网格数量，增加计算量，导致计算时长过长，最终导致计算死机.因此，在确保计算机求解空间的情况下，合理进行网格划分，最大限度地提升计算精确度[5].本次分析采用扫掠模式对壳体进行网格划分.划分网格后的壳体模型如图11所示.生成节点67 653个，单元35 782个.图10 减速器壳体三维实体模型图11 轮边减速器壳体有限元模型4 边界条件的定义及载荷施加4.1 边界条件的定义在建立有限元模型后，根据壳体在叉车上的实际放置情况，对与车架固结的大端面约束了6个自由度，对与输出轴端配合的轴承孔也进行6个自由度全约束，使得在加载时壳体不做任何方式的运动[6].图12 加载图4.2 载荷施加轮边减速器壳体通过5个大螺栓与车胎连接，壳体所受的载荷主要有叉车自重和载重构成的垂直载荷、壳体内部斜齿轮分出的径向载荷.根据三支点电动叉车运行的实际状况，主要考虑作用在壳体上的垂直载荷.叉车的额定载荷为2 t，叉车自重3 t，但现实应用中叉车存在超载现象，因此加载时要加超出额定载荷的重量，计算出的结果才具有参考意义.叉车自重和载重平均分布在四个车轮上，因此加载在壳体上的载荷为总载荷的1/4[4].具体加载设置如表2所示，加载如图12所示.表2 壳体加载类型具体说明载荷加载位置加载在与输出轴有接触的轴承内圈载荷加载方式加载集中力载荷大小空载时:18 620 N;满载时:28 420 N5 求解结果求解之前，首先做好如表3的参数设置.表3 参数设置变形模式Large Displacement Static求解时间1子步数20最大子步数50Line SearchOnDOF solution predictorOn for allsubstep求解完成后得到以下结果：其中满载工况壳体等效应力分布如图13所示，最大等效应力为85.6 MPa，发生在壳体与输出轴有接触的轴承内圈的下部，壳体应变如图14所示，最大应变为0.04 mm，最大变形出现在轴承内圈的下部.空载工况，壳体等效应力分布如图15所示，最大等效应力为23.2 MPa，发生在壳体与输出轴有接触的轴承内圈的下部，壳体应变如图16所示，最大应变为0.013 1 mm，最大变形出现在轴承内圈的下部.图13 满载壳体应力云图图14 满载壳体应变图图15 空载壳体应力云图图16 空载壳体应变图6 计算结果分析及改进6.1 计算结果分析由计算结果可知，施加相应约束与载荷后，最大等效应力及应变均出现在满载工况，应力为85.6 MPa ，应变为0.04 mm，最大应力及最大变形均发生在轴承内圈的下部.空载工况，最大应力为23.2 MPa，应变为0.013 1 mm.根据表1中材料数据要求，空载时，应力及应变都在材料允许范围内，满载时，应力及变形都超出了允许范围.叉车长时间运行，不符合材料要求，壳体易发生变形、受力损坏从而导致整机工作失效.6.2 壳体优化改进满载时进行分析，分析数据显示，应力及应变的最大值集中在壳体与输出轴配合的轴承内圈的下部，因此可以对壳体通过一系列的尺寸和结构优化后，再用ANSYS分别对它们进行再一次有限元分析.根据文献，优化改进方式一般有两种：改变轴承内圈的尺寸或增加内圈的厚度.分析表明第1种方式可行性不高，一旦内圈尺寸改变，与它啮合的输出轴尺寸也要跟着改变，尺寸改动面广，所以采用第2种方式为较好选择.轴承内圈原始厚度为10 mm，可把厚度增加2～3 mm，厚度不宜增加过大，过大会导致壳体的质量增加，不利于叉车减速器的轻量化.通过优化改进后，把优化改进后的模型按照有限元分析的步骤满载工况再进行计算，得到如下结果.从图17、18可以看出，通过尺寸优化改进后，满载时最大应力降低为35.6 MPa，最大变形量为0.02 mm，满足使用要求.虽然通过优化，使得应变变小了，但其数值还是比较接近最大允许应变，因此壳体的刚度还应加强.图17 满载壳体应力云图图18 满载壳体应变图7 结语通过对轮边减速器的关键部件壳体进行分析与研究，以材料性能要求为依据，通过有限元分析发现壳体满载工况下所受的应力及发生的应变不符合材料要求.根据学者的经验，对壳体尺寸进行优化，优化后的壳体受力及变形均在规定范围之内，进而完成对减速器壳体的静态受力分析.壳体作为轮边减速器的重要部件，通过分析与改进，极大提升了轮边减速器的工作可靠性，从而延长电动叉车的使用寿命. [参考文献]【相关文献】[1] 王祝新.圆柱齿轮减速器优化与抗疲劳设计[D].郑州：郑州大学，2017.[2] 蔡小亮.矿用自卸车轮边减速器机架断裂的失效分析[J].煤矿机电，2016(3):70-72.[3] 万一品.轮边减速器齿轮动态接触仿真研究[J].计算机仿真，2016(4)：260-264.[4] 张燕.一种电动叉车轮边减速器有限元分析[D].合肥：合肥工业大学，2013.[5] 吴小君.一种带湿式制动功能的轮边减速器设计与分析[J].机械工程与自动化，2013(4)：33-35.[6] 殷吕.选择性输出双离合自动变速器行星轮系有限元分析[D].合肥：合肥工业大学，2012.。
基于有限元分析的减速器箱体优化设计_赵雨旸
关键词：减速器；箱体；有限元；结构优化设计 中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1001- 4462（2009）08- 0028- 02
［1］ 梁醒培，等．大型齿轮箱结构分析与结构优化［J］．机械设计与制 造，2008（1）.
［2］ 张昌明． 圆柱齿轮减速器下箱体参数化设计与快速原型制作研 究［J］．陕西理工学院学报（自然科学版），2008（2）.
［3］ 杨帆，等． 基于虚拟样机技术的坦克传动箱箱体结构强度分析 ［J］．装甲兵工程学院学报，2008（2）.
根据箱体实际结构，取设计变量与应力的约束条 件为：
0≤δ≤90 6≤B≤10 在上面的数学模型中，箱体壁厚 B 是设计变量，目 标函数是箱体的体积 Vtot，δF 为箱体材料的弯曲应力极 限值。
第8期
赵雨旸，等：基于有限元分析的减速器箱体优化设计
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2.2 减速器箱体的参数化模型建立与有限元分析
建立减速器箱体的数学模型后，在 ANSYS 软件内 设箱体壁厚 B 的初值为 10mm，建立的箱体参数化模型 如图 1 所示。然后采用自由网格形式，用实体单元 （Solid45）对箱体进行划分，生成有限元模型。图 2 所示 为减速器箱体网格划分后的参数化有限元模型。
（a）箱体应力随迭代次数变化关系
图 3 减速器箱体应力云图
（b）箱体体积随迭代次数变化关系 图 5 减速器箱体的优化
第 37 卷 第 8 期 2009 年 8 月
基于ANSYSWorkbench模态下的减速机振动分析_吕晖
计进行修改，可以达到优化的目的，需要的时间长， 成本高； 有限元计算法可在设计阶段，没有制作出机 器的情况下利用有限元分析软件进行模态分析，需要的 时间短，成本低，这种方法具有广泛的使用价值。
模态参数可由试验分析法或是有限元计算法获得试验分析法需要制作出机器后进行多次信号采集及辨别来得到固有振动频率和振形通过多次试验提取数据后对设计进行修改可以达到优化的目的需要的时间长成本有限元计算法可在设计阶段没有制作出机器的情况下利用有限元分析软件进行模态分析需要的时间短成本低这种方法具有广泛的使用价值
1. 减速机参数
减速机传动原理及设计参数： 本例减速机的传 动 形 式 为 三 级 展 开 式 圆 锥———斜 齿 圆 柱 齿 轮 传 动， 其传动原理如图 1 所示。额定功率 P = 125 kW，输入
图 1 传动原理图
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
栏目主持 梅 峰
基于 ANSYS Workbench 模态下的 减速机振动分析
河北天择重型机械有限公司 （ 邯郸 056200） 吕 晖
减速机的振动特性是反映齿轮传动装置生产制 作水平的重要性能指标之一。机械振动对减速机的 性能有非常重要的影响，如果产生共振现象会造成 轮齿的失效，甚至会造成整机的破坏。
轨的精度上解决问题，那只能通过调整滚珠丝杠来
～ 2 ℃，此次维修效果
迁就直线导轨。
较 好， 达 到 了 预 期 目
基于ANSYS的RV减速器摆线轮动特性仿真分析
基于ANSYS的RV减速器摆线轮动特性仿真分析谭鹏;戚厚军【摘要】RV减速器传动精度主要受摆线轮传动精度的影响,摆线轮传动精度的好坏直接影响整机的传动精度,以RV-40E为研究对象,采用SolidWorks对RV摆线轮进行参数化实体建模,然后将模型导入到ANSYS中进行有限元分析,建立动力学模型.用ANSYS软件分析模型的振动和固有频率,为摆线轮的结构参数优化提供基础,从而增加系统的动态稳定性.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】4页(P61-63,67)【关键词】RV减速器;摆线轮;有限元【作者】谭鹏;戚厚军【作者单位】天津职业技术师范大学,天津 300222;天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222;天津职业技术师范大学,天津 300222;天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222【正文语种】中文【中图分类】TH1330 引言RV减速器是一种在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，不仅克服了一般针摆行星传动的缺点，而且具有体积小、重量轻、效率高、传动平稳等一系列优点，广泛应用于工业机器人，精密机床等领域[1]。
随着现代技术的不断发展，加工制造技术的不断完善，RV减速器多用于重载、高速、环境较为恶劣的地方，减少疲劳和减震逐渐变得越来越重要[2]。
在传统摆线针轮减速器的基础上，RV减速器得到了快速的发展。
韩林山等人以2K-V型减速器为研究对象，综合考虑了系统中各零件的加工误差、间隙等因素对传动精度的影响，对主要零部件进行建模，并用NewMark法对其进行求解[3]。
何卫东等人采用有限元分析软件，对RV减速器的单一零部件进行模态分析，并给出了优化方法[4]。
肖君君采用Pro/E对摆线轮进行建模，并进行模态分析[5]。
李纪顺通过对两个摆线轮进行建模，分析摆线轮在不同情况下的受力分析，为摆线轮的减震奠定了基础[6]。
孙永森把摆线轮中的参数进行修改，通过有限元模态分析得出不同的固有频率和振型，分析了摆线轮的抗疲劳寿命等因素[7]。
基于ANSYS的非牛顿流体减速带有限元分析
基于ANSYS的非牛顿流体减速带有限元分析引言随着工业技术的不断发展，非牛顿流体在工程中的应用越来越广泛。
非牛顿流体与牛顿流体不同，其黏度并不是一个固定的常数，而是随剪切速率或者剪切应力的变化而变化。
这种特性给工程中的应用带来了一定的挑战，同时也为我们提供了更多的设计思路和方法。
在工程应用中，减速带是一种非常常见的装置，它主要用于减速运动物体的速度。
基于ANSYS的非牛顿流体减速带有限元分析，可以帮助工程师更加准确地理解减速带的性能和特性，从而指导设计和优化工作。
非牛顿流体基本理论在牛顿流体中，黏度是一个固定的常数，不随剪切速率或剪切应力的变化而变化。
而非牛顿流体则不同，其黏度是一个变化的量，它可以随着流体内部运动的剪切变形而发生变化。
根据黏度与剪切速率或剪切应力之间的关系，非牛顿流体可以分为多种类型，比如剪切稀化流体和剪切增稠流体等。
对于非牛顿流体的工程应用，我们不仅需要考虑流体本身的流动特性，还需要考虑其在设备或装置中的运动状态和应力分布。
非牛顿流体在工程设计中的应用更加复杂和具有挑战性。
在本文中，我们将结合ANSYS有限元分析软件，对非牛顿流体减速带进行建模和仿真分析，以探讨其在工程应用中的性能和特性。
减速带的工作原理减速带是一种常见的机械装置，它主要用于减速运动物体的速度，并且可以平稳地将物体从高速运动状态减速到低速运动状态，从而确保工作的安全性和稳定性。
减速带通常由材料坚固的带状物构成，通过与运动物体的接触，将物体的动能逐渐减小，从而实现减速的目的。
在减速带的设计中，关键的参数包括摩擦系数、接触面积和带的材料等。
这些参数不仅影响着减速带的工作效果，还直接关系到减速带的使用寿命和稳定性。
在设计和优化减速带的过程中，需要考虑到非牛顿流体的特性以及减速带与非牛顿流体之间的相互作用。
为了更加准确地理解非牛顿流体在减速带中的作用，我们将利用ANSYS有限元分析软件进行建模和仿真分析。
我们需要针对减速带和非牛顿流体进行相应的建模工作。
减速器箱体的建模与应力分析
减速器箱体的建模与有限元分析ee（ee）指导教师：ee【摘要】减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置。
用来降低原动机转速或增大转矩，以满足工作机的需要。
由于减速器具有结构紧凑，传动效率高，传动准确可靠，使用维护方便等优点，故在工矿企业及运输，建筑等部门中运用极为广泛。
减速器箱体作为减速器的主要组成部分之一，要求外形简单，表面平整，便于安装。
本设计就是通过减速器箱体的模型建立，以Ansys为分析软件，对减速器箱体进行应力分析，简化箱体的结构。
ANSYS软件是大型通用有限元分析软件， ANSYS的前处理器中有建模功能，但由于直接在 ANSYS 软件中建立减速器箱体模型比较困难，本文是应用Pro/E建模并将其导入有限元分析软件 ANSYS 中，在 ANSYS 前处理器中建立了减速器箱体的三维实体模型。
本文首先对减速器进行了设计并对其箱体部分进行三维实体建模和有限元分析，分析箱体在减速器工作时的应力分布状况。
【关键词】ANSYS 减速器箱体建模有限元分析Reducer box modeling and finite element analysisee（ee）Tutor:eeAbstract: Speed reducer is a independent closed mechanical device to transfer power between primary motors and slave device, which can reduce the speed or increase the torque of the motors to meet the expectations of works. For the outstanding performance of compact conformation, high transmission efficiency, and accurate transmission, speed reducer is widely used in factory and mine well, transportation and construction system etc.Reducer housing as one of the main component of the speed reducer, appearance is simple, smooth, easy to install. This design is through the reduction gear box body model, based on Ansys analysis software, the stress analysis of gear reducer box, simplify the structure of cabinet.ANSYS software is a large general finite element analysis software, ANSYS modeling capabilities of the top processor, but as a result of direct gear reducer box model is established in ANSYS software is more difficult, this paper is the application of Pro/E modeling and import it into the finite element analysis software ANSYS, the reducer casing is established in ANSYS processor before 3 d entity model.This article first gear reducer for the design and the box body parts 3 d entity modeling and finite element analysis, analysis of the case when he worked in reducer stress distribution.Keywords: ANSYS reducer box The finite element analysis modeling目录1.绪论 (1)1.1选题的目的及研究意义 (1)1.2与本课题相关领域的研究现状 (1)1.3 ANSYS 软件简介 (2)1.3.1 ANSYS 的建模功能 (2)1.3.2 ANSYS 的分析功能 (3)1.4本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法 (5)2.减速器的设计 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
基于ansys的减速器箱体有限元分析的开题报告
基于ansys的减速器箱体有限元分析的开题报告一、选题背景和意义减速器箱体作为传动机械中的重要组成部分，其基本功能是保障动力传递和储存，以及保护机械设备不受外力干扰。
在实际工作中，减速器箱体不可避免地会受到很多内外部因素的影响，例如机械负载、震动、冲击等，这些因素都会对减速器箱体的安全可靠运行造成威胁。
因此，对减速器箱体的应力状态进行分析和优化设计显得尤为重要。
有限元分析技术是一种常用的分析和优化设计的方法，通过数值分析建立减速器箱体的有限元模型，并进行传递过程中的力和应力分析，在分析和优化设计减速器箱体时具有重要意义。
二、研究内容和方法本文选取减速器箱体为研究对象，采用有限元分析的方法，建立减速器箱体的有限元模型，计算箱体在工作过程中的应力状况，并对其进行优化设计。
具体研究内容包括以下几个方面：1. 利用三维建模软件对减速器箱体进行建模，确定箱体的几何形状和材料参数。
2. 基于有限元原理，在Ansys软件中建立减速器箱体的有限元模型，采用网格划分和节点自由度等方法对减速器箱体进行离散化处理。
3. 考虑减速器箱体的载荷情况，模拟减速器在工作中受到的力和应力，计算减速器箱体在传递过程中的应力状态。
4. 根据计算结果，对减速器箱体的结构进行优化设计，提高其承载能力和稳定性。
三、预期结果和价值本文预期取得以下成果：1. 建立减速器箱体的有限元分析模型，对其进行分析和计算，在计算结果的基础上对其结构进行优化设计，提高减速器箱体的承载能力和稳定性。
2. 提供一种新的方法和思路，通过有限元分析的技术，对减速器箱体进行精细化设计，避免传统设计方法中的盲目性和直觉性。
3. 为减速器箱体的实际工程应用提供有效的理论和技术基础，为减速器行业的进一步发展提供参考。
综上所述，本文将对减速器行业的发展和提高行业的技术水平具有一定的推动作用，能够提高工程设计的科学性和准确性，实现减速器箱体的高效、安全、稳定运行。
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牌号 ＺＬ１０１Ａ
２Ａ１２
表 １ 材料参数
弹性模量 / ＧＰａ ７０ ６８
泊松比 ０������ ３３ ０������ ３２
密度 / ( ｋｇ������ｍ－３ ) ２ ７７０ ２ ７００
１ 有限元分析ຫໍສະໝຸດ 施工升降机减速器箱体的分析包括变形分析、 应力分析和模态分析ꎮ
现有施工升降机减速器工作时发热过大ꎬ传动 效率较低ꎬ且箱体质量大不利于高空作业ꎮ 一般由 设计者根据自身经验、机械设计手册的经验公式、类 比同类减速器等方法进行箱体结构设计[１－５] ꎮ
为提高材料的利用率ꎬ减轻箱体重量ꎬ使结构达 到最优化ꎬ本文对施工升降机箱体进行了结构设计ꎬ 并通过力学分析以验证设计方案的可行性ꎮ
采用一般的力学计算公式对箱体受力进行分析 时ꎬ过程困难并且误差很大ꎬ而有限元分析将复杂的 求解域化解成多个小的互连子域ꎬ用复杂的问题简 单化ꎬ再求解ꎮ 这样运算的结果不仅精度高ꎬ而且应 付各种复杂的形状ꎮ 因此ꎬ本文利用有限元分析的 方法对箱体结构进行分析与校核ꎮ
１������ １ 变形分析 １) 导入箱体文件ꎬ如图 １ 所示ꎬ并设置材料ꎬ箱
第 ２１ 卷 第３ 期 ２０１８ 年 ９ 月
成都工业学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＥＮＧＤＵ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
ＤＯＩ:１０.１３５４２ / ｊ.ｃｎｋｉ.５１－１７４７ / ｔｎ.２０１８.０３.００３
Ｖｏｌ.２１ꎬＮｏ.３ Ｓｅｐ.ꎬ２０１８
基于 ＡＮＳＹＳ 的施工升降机减速器箱体仿真分析
图 ４ 施加载荷
５) 通过后处理模块查看总形变后的处理结果分 别如图 ５ꎬ表 ３ 所示ꎮ
ａ������ 电机安装座约束
ａ������ Ｘ 方向形变
ｂ������ Ｙ 方向形变
ｂ������ 箱座连接处约束 图 ３ 约束设置
４)根据内部传动件计算可得载荷情况ꎬ如表 ２ 所示ꎮ
表 ２ 二级减速器 ３ 根轴所受载荷 Ｎ
—９—
成都工业学院学报 ｈｔｔｐ: / / ｐａｐｅｒ.ｃｄｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ /
第 ２１ 卷
来替代ꎮ 载荷类型选为 Ｂｅａｒｉｎｇ Ｌｏａｄꎬ对于轴向力ꎬ 则按端盖上的均布载荷进行施加ꎬ如图 ４ 所示ꎮ
图 ２ 网格划分
３) 根据减速 机 自 身 安 装 形 式ꎬ 对 电 机 安 装 座 与 箱体部分进行对应的约束:电机安装座是用螺栓进 行连接与固定ꎬ因此直接对螺栓孔的侧面进行约束ꎬ 如图 ３ａ 所示ꎮ 在箱座连接处ꎬ则选择连接用螺栓孔 和端面进行约束ꎬ如图 ３ｂ 所示ꎮ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｃａｓｅ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｌｉｆｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ
ＦＡＮ Ｄｏｎｇｙａｎｇꎬ ＬＩ Ｈｕａｚｈｉꎬ ＳＵ Ｒｕｉꎬ ＺＥＮＧ Ｊｕｎꎬ ＳＯＮＧ Ｚｈｅｎｙｕ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１７３０ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌｉｆｔ ｉｓ ｎｏｔ ｃｏｎｄｕｃｉｖｅ ｔｏ ｈｉｇｈ￣ａｌｔｉｔｕｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｃａｓｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｓｔａｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓꎻＡｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓꎬ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｉｓ ｓｍａｌｌꎬ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍꎬ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ｆａｒ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈｅ ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｔｈｅｃａｓｅ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｕｎｄｅｒｇｏ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌｉｆｔｓ ｆｏｒ ａｅｒｉａｌ ｗｏｒｋ������ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｒｅｄｕｃｅｒꎻ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｌｉｆｔꎻ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
樊东洋ꎬ李华志ꎬ苏 睿ꎬ曾 军ꎬ宋振宇
( 成都工业学院 机械工程学院ꎬ成都 ６１１７３０)
摘要: 为了解决传统的施工升降机减速器箱体质量大不利于高空作业的问题ꎬ应用 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 软件对箱体进行有限元 分析ꎬ其分析内容包括静力学分析与模态分析ꎻ根据软件分析结果可以得出:箱体在正常工作的情况下ꎬ总体的变形量小ꎬ受 力较均匀ꎬ最大受力远远小于对应材料的许用应力ꎻ且箱体不会发生共振变形ꎬ结构达到最优化ꎬ满足施工升降机高空作业的 需要ꎮ 关键词: 减速器ꎻ施工升降机ꎻ有限元分析 中图分类号: ＴＨ１１２ 文献标志码: Ａ 文章编号: ２０９５－５３８３(２０１８)０３－０００９－０４
图 １ 导入箱体三维模型至 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
２)对三维实体模型进行网格划分ꎬ如图 ２ 所示ꎮ
收稿日期: ２０１７－１２－１９ 第一作者简介: 樊东洋(１９９５—) ꎬ男ꎬ机械制造专业ꎬ２０１３ 级本科生ꎮ 通信作者简介: 李华志(１９６４—) ꎬ女ꎬ教授ꎬ硕士ꎬ研究方向:机械设计制造ꎬ电子邮箱:ｃｔｕｓｕｒｕｉ＠ １６３.ｃｏｍꎮ