基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
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。
ansys模态分析报告详解
ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）”则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
基于ANSYS和Pro／E的双圆弧齿轮模态和谐响应分析
关外， 还与振 型、 频率等有关 ， 也只有 当激 振力的频率 和 振型 为工 件 的某 阶固有 频 率 和振 型 时 ， 可 以发 生共 才 振， 获得较大振 幅 ， 相应 的动应力也较 大 ， 降低残余应 力
Ｐｏ Ｅ ｒ ／ ＮＧＩ Ｅ ｌＦ ｒ２ ０中建 立 的 Ｐ ＮＥ Ｒ Ｗｉ ｉ ． ｄ ｅ ＲＴ 文件 另 存 为 Ｉ Ｓ文 件 ， 过 Ｉ Ｓ格 式 进行 ２个 软件 之 间 的 ＧＥ 通 ＧＥ
的效 果 也 较好 。本 文 借 助 Ｐｏ Ｅ Ｉ Ｅ ｌＦｒ ｒ／ ＮＧ ＮＥ Ｒ ｗｉ ｉ ｄ圆 弧齿 轮 ； 态 分 析 ； 响 应 分 析 ； ＮＳ Ｓ 双 模 谐 Ａ Ｙ
中图 分 类 号 ： ＨＩ ２４ ６ Ｔ ３ ． １
文献 标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ５２ ９ （０ ７Ｏ －０ ３０ １ ０ －８ ５２ ０ ） １０６ —３
Ｏ 引 言
钱 学 毅
（ 夷学院 电子工程 系，福 建 武 夷山 ３ ４ ０ ） 武 ５ ３ ０
摘 要 ： 助 Ｐ ｏ Ｅ 强 大 的三 雏 实体 造 型 功 能 ， 确 地 建 立 了复 杂 的 双 圆 弧齿 轮 三 维 实 体 模 型 ； 借 ｒ／ 精 同机 配 置 ＡＮＳ — ｎ ｏ ＹＳ ／
元模 型 ； 齿轮进 行 了模态 分析 和谐 响应 分 析 ， 出前 对 得 ２ Ｏ阶 固有 频率 、 振型 及 加力 点 的位移 时 间历 程结 果 曲 线， 为双圆弧齿轮的动态设 计及残余 应力振 动时效工 艺 提供 了有益的分析数据和方法 。
１ 配 置 Ａ Ｓ Ｓ ９０ Ｐｏ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ ｌＦ ｅ ． Ｎ Ｙ ．一 ｒ／ Ｎ ＩＥ Ｒ Ｗ＿ ｉ ２ ０接 口 ｄｒ
ansys动力学分析全套讲解
ansys动力学分析全套讲解第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
基于ANSYS的渐开线齿轮模态分析与研究
模 态分 析是 用来 确 定结 构振 动特 性 的一种 技术 ， 过 它 可 以确定 自然 频 率 、 型 和振 型参 与 系 数． 通 振 模 态 分析 可 以使结 构设 计 避免 共振 或 以特定 频率 进行 振 动 ， 明确 结 构 对 于不 同类 型 的 动 力载 荷 是 如何 响 应 的 ， 助于 在其 他动 力 学分析 中估 算 求解 控制 参数 ． 有
果 测定 了其 径 向 变形的 最 大变形程 度 ， 并得 到 了 ｖ ｎＭｉ ｓ 力的 最 大值 及 其应 力 分布 图， ｏ ｓ 应 ｅ 为
齿轮 机 构 的设计 提供 了理论依 据 ．
关 键词 ： 齿轮 ；模 态分析 ；有 限元 法 ；固有 频 率
中图法 分类 号 ： ＴＨ１ ２ ４ ３ ３ ． １ 文 献标 识码 ： Ａ
第 ６ 期 ３ ３ 齿 面 网格 划 分 ．
葛 正 浩 等 ： 于 ＡＮ ＹＳ的渐 开 线 齿 轮模 态 分 析 与 研 究 基 Ｓ
・５ ・ ３
在 进 行齿 面 网格 划分 时 ， 采用 Ｂ ｉｋ２ ｎ ｄ ８ 选 项 ， ｒ ０ ｏ ｅ１ ６ ｃ 选择 ２ ０节点 三 维单元 Ｓ Ｉ ８ ＯＬ Ｄ １ ６的形式 ， 轮 齿
１ 齿 轮的 固有 振动 分析
齿 轮副 在 啮合过 程 中 ， 因为受 到周 期 性 冲击载 荷 的作用 ， 产生振 动 的高频 分 量就是 齿 轮的 固有振 动 所
频 率． 轮传 动 副 的固有 振动 频率 一般 是 指齿 轮系 统扭 转振 动 的 固有 频率 ， 齿 齿轮 系统 的扭 振 主要是 由轴 的 扭 振和 轮齿 的 弹性扭 振组 成． 响齿轮 副 固有频 率 的 因素很 多 ， 影 如轮齿 的刚度大 小 、 轮 副 的大小 、 的刚 齿 轴 度大小 、 滑油 膜厚 度及 各种 阻 尼等 等 ， 润 近似 可 由公式 ， 一． ０ ／ ７ 行计 算 ， 中 和 ｋ分别 为齿 轮 的 ２进 ｃ 其
齿轮系统的接触模态分析
轴向位移，保留圆周方向的自由度；输入轮
是驱动轮，施加绕中心轴线旋转的角速度
-338.98rad/s；太阳轮安装孔的节点上同样约 束径向和轴向位移，同时在节点上施加切线
方向的节点力 Fy：
Fy=-
输入转矩
=
内圈节点数 ×中心孔半径
-531.2N
(5)
Fy 为负值，即太阳轮的负载转矩是顺
时针方向，加载后的效果如图 1 所示
行星齿轮传动被广泛应用于装甲车 先是在考虑接触特性的情况下做静态非线
辆，一般在高速重载、频繁启动工况下工作， 性分析，获得在静态载荷作用下的应力，然
在此工作环境下，有必要分析齿轮系统的固 后把得到的应力以附加刚度的形式叠加到
有振动频率。在设计齿轮系统时不但要考虑 系统的刚度矩阵上，在不考虑接触的条件下
[2] 吴志强，陈予恕.非线性模态的 分类和新的求解方法．力学学 报.1996.28
[3] 陈予恕，吴志强.非线性模态理 论的研究进展.力学进 展.1997.27
[4] 李欣业，陈予恕，吴志强.非线 性模态理论及其研究进展.河北 工业大学学报.2004.33
[5] 白润波,曹平周,曹茂森,陈建锋. 基于优化—反分析法的接触刚 度因子的确定. 建筑科 学.2008.1
discussed. Considering the non-linear contact，the static stress analysis is done the stress above
is imposed on the system rigid matrix as additional stiffness.Finally,the gear system modal
3 行星齿轮系统有限元模型建立
ansys机械工程应用精华30例
ansys机械工程应用精华30例1. 结构分析：使用ANSYS进行结构分析，包括静力学分析、动力学分析、热分析等。
可以分析各种结构的强度、刚度、稳定性等性能。
2. 振动分析：使用ANSYS进行振动分析，可以预测结构在振动载荷下的响应，包括自由振动、强迫振动、模态分析等。
3. 疲劳分析：使用ANSYS进行疲劳分析，可以评估结构在循环载荷下的寿命，预测结构的疲劳失效。
4. 热传导分析：使用ANSYS进行热传导分析，可以分析结构在热载荷下的温度分布、热流分布等。
5. 流体力学分析：使用ANSYS进行流体力学分析，包括流体流动分析、气动分析、水动力学分析等。
6. 电磁场分析：使用ANSYS进行电磁场分析，可以分析电磁场的分布、电磁场与结构的相互作用等。
7. 多物理场耦合分析：使用ANSYS进行多物理场耦合分析，可以考虑多个物理场的相互作用，如结构与热场的耦合、结构与流体场的耦合等。
8. 优化设计：使用ANSYS进行优化设计，可以通过参数化建模、设计变量的优化搜索等方法，寻找最优的设计方案。
9. 拓扑优化：使用ANSYS进行拓扑优化，可以通过改变结构的拓扑形态，实现结构的轻量化、刚度优化等。
10. 模态分析：使用ANSYS进行模态分析，可以确定结构的固有频率、振型等。
11. 稳定性分析：使用ANSYS进行稳定性分析，可以评估结构在压缩载荷下的稳定性，预测结构的屈曲失稳。
12. 接触分析：使用ANSYS进行接触分析，可以模拟结构中不同部件之间的接触行为，包括摩擦、滑动、接触面积等。
13. 材料特性分析：使用ANSYS进行材料特性分析，可以确定材料的力学性能、热学性能等。
14. 焊接分析：使用ANSYS进行焊接分析，可以评估焊接接头的强度、应力分布等。
15. 大变形分析：使用ANSYS进行大变形分析，可以模拟结构在大变形条件下的力学行为，如塑性变形、弹性变形等。
16. 高温分析：使用ANSYS进行高温分析，可以模拟结构在高温环境下的热应力、热膨胀等。
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告
齿轮箱有限元模态分析及试验研究报告齿轮箱是现代机械设备中重要的组成部分，它广泛用于各种机械传动系统中，如车辆、工程机械等。
因此研究齿轮箱的动力学特性对于机械传动系统的设计、优化和性能提升具有重要意义。
本文通过有限元模态分析和试验研究，对齿轮箱的动力学特性进行了分析和研究。
首先进行有限元模态分析，使用ANSYS软件建立了三维齿轮箱模型，并对其进行了固有频率和模态分析。
在分析过程中，设定了模型的约束和加载条件，确保模型模拟的真实性与可靠性。
通过模态分析，得到了齿轮箱的固有频率和模态形态，并且确定出了前几个重要频率的数值。
结果表明，齿轮箱的固有频率主要集中在数百Hz的高频段。
为了验证有限元模态分析结果的准确性，本文设计了试验验证方案。
首先，使用激光精密测量仪对齿轮箱的位移进行测量，并将测试数据存储为动态位移序列。
然后，基于FFT算法对动态位移序列进行频谱分析，得到齿轮箱的频响函数。
最后，通过对比有限元模态分析结果与试验结果，验证模型的准确性和可靠性。
试验结果表明，模型的预测结果与试验结果相符，二者的误差在可接受范围内。
综上所述，本文采用有限元模态分析和试验验证两种方法，对齿轮箱的动力学特性进行了研究。
结果表明，齿轮箱具有较高的固有频率，且主要分布在数百Hz的高频段。
通过试验验证，证明了有限元模态分析方法的准确性和可靠性。
这些结果对于齿轮箱的优化设计、结构改进和性能提升具有重要参考价值。
齿轮箱的有限元模态分析和试验研究，采用了多项相关数据。
在本文中，我们主要关注以下数据：1. 齿轮箱模型的材料性质2. 模型的约束和加载条件3. 模型的固有频率和模态形态4. 齿轮箱的位移测试数据5. 齿轮箱的频响函数6. 模型预测结果与试验结果的误差对于第一项数据，齿轮箱的材料性质是有限元模型分析的关键。
正确的材料参数可以确保分析结果的准确性和可靠性。
在本文中，我们将齿轮箱的材料定义为铸铁，其杨氏模量为169 GPa，泊松比为0.27。
变速器齿轮系统建模及轴的模态分析
课程设计任务书目录第一章课程设计的内容简要说明---------------------------------------3第二章实体建模步骤-------------------------------------------------42.1打开CATIA，打开机械零部件设计界面---------------------------42.2使用宏创建齿轮举例------------------------------------------42.3具体绘制每个轴上的齿轮--------------------------------------42.4绘制轴及轴承------------------------------------------------82.5 组装零件----------------------------------------------------9第三章模型倒入导出过程--------------------------------------------10第四章对模型模态分析的过程----------------------------------------114.1定义单元类型------------------------------------------------114.2定义材料属性------------------------------------------------114.3 划分网格----------------------------------------------------114.4加载求解----------------------------------------------------134.5定义求解类型和选项------------------------------------------13第五章结果分析及问题讨论------------------------------------------145.1列出固有频率------------------------------------------------145.2查看特征振型------------------------------------------------145.3结论--------------------------------------------------------17第六章参考文献----------------------------------------------------181．课程设计的内容简要说明1.1使用CATIA建立变速器齿轮系统主要零部件的三维实体模型并装配。
基于虚拟样机技术的齿轮传动动力学与静力学仿真分析_谢永智
际值完全一致。 由图 3、图 4 还可以看出输出轴和中
间轴角速度恒定，且符号相反。 这说明：虚拟样机模
型传动是平稳的；各齿轮转向符合实际工作状况下
外齿轮啮合方向关系；虚拟样机模型是正确的，是能
反映实际工况的；
角 速 度 / （° ）·s-1
30 001.5 30 001.0 30 000.5 30 000.0 29 999.5 29 999.00.0
在 UG 中，选择[工具]-[表达式],定义表 1 中的参数
和其参数值，然后选择[插入]-[曲线]-[规律曲线]/[基
本曲线]分别实现渐开线曲线、过度曲线和齿顶圆、
图 2 齿轮虚拟样机模型
齿根圆的二维绘制，接着进行阵列，拉伸即可生成三 2 减速器齿轮动力学仿真
维的齿轮模型，如图 1 所示。
（1）齿轮仿真系统建立步骤：
图， 从云图中可以读出最大的应力应变发生的位置
以及确切数值。 从图 7 可以获得轮齿所受最大应力
值为 105.670 MPa。
NODAL SOLUTION STEP=1 SUB=1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX=.270E-04 SMN=.856 271 SMX=105 670
FEB 6 2012 20:49:30
和材料的泊松比 0.3；
④网格划分 设置网格单元尺寸 10。 对模型进
行网格划分。 如图 6；
⑤施加约束条件 在齿轮的内圆柱节点实施全
约束；
⑥施加载荷 把轮齿看作是悬臂梁，外力作用
在齿轮齿顶处，施加在 ADAMS 中测得的外力载荷，
10 375 N；
⑦求解及后处理。
在 ANSYS 中可以获得轮齿的应力应变分布云
（2）测量和分析数据