减速箱ANYSYS分析

ANYSYS分析例子：减速箱箱体，轴和齿轮的应力应变、形变、热应变分析。

减速箱在工作的过程中，箱体、齿轮和轴在受到载荷和热的作用下，很容易发生变形，因此选择箱体、高速轴的齿轮和高速轴利用Ansys软件作静力学和热力学分析。

分析的过程如下：
创建有限元模型，包括创建或读入几何模型、定义材料属性和划分单元网格（节点及单元）。

施加载荷进行求解，包括施加载荷及载荷的选项和求解。

查看结果，包括查看分析结果和检验结果。

4.1箱体的分析
4.1.1箱体的静力学分析
步骤1：选择分析的类型，如图4.1所示：
图4.1
步骤2：创建单元类型，如图4.2所示：
图4.2
步骤3：定义材料属性，如图4.3和图4.4所示：
图4.3
图4.4
步骤4：导入模型
由于箱体的外观形状比较复杂，如果直接用建好的模型进行网格划分，很难成功，因此在导入模型前对箱体的外观利用UG软件进行了一些恰当的处理，去掉了一些圆角，油槽，吊耳，因为这些地方对箱体整体的受力分析影响不大。

步骤5：网格划分采用自动划分
图4.5
步骤6：施加约束，对减速箱的地面施加了力的约束；
步骤7：在减速箱的轴承座面施加载荷；
步骤8：查看结果。

变形结果如图4.6，图4.7和图4.8所示
图4.6 X方向的变形
图4.7 Y方向的变形
图4.8 Z方向的变形受力情况如图4.9，图4.10和图4.11所示：
图4.9 方向的受力情况
图4.10 Y方向的受力情况
图4.11 Z方向的受力情况
4.1.2箱体热力学分析
采用的热力学分析方法：在结构上直接施加温度载荷，变形情况如图4.12，图4.13和图4.14所示：
图4.12 X方向变形
图4.13 Y方向的变形
图4.14 Z方向的变形
4.1.3结论
对箱体静力学分析结论：
将箱体受到的力进行X、Y、Z方向进行分解，会发现有力作用的方向，箱体的变形就越严重。

因为箱体在设计之初在Z方向一般会考虑到其有足够的承受能力，而箱体的变形研究的意义主要集中在X 、Y方向，因为箱体的受力主要来源于与轴承座接触的轴承给予的力，因而在轴承座的X、Y方向是极容易变形的地方，因而对指导箱体的结构设计具有极其重要的意义，一般会在轴承座的下方来考虑增设加强肋。

对箱体热力学分析结论：
将力进行X、Y、Z方向进行分解，会发现无论是从哪个方向分析，都可以发现箱体的变形主要集中在箱体上半部分，而对箱体的下半部分影响不是很大，并且温度对箱体的变形的影响也是比较有规律的，都会呈现一种逐层分布和传递的情况。

这将对箱体材料的选择具有重要的指导意义，在我们平常的生产中，箱体大多数采用同一种材料制造出来的，那么在知道温度对箱体变形的影响后，我们可以对箱体的上下部分选用不同的材料制造，这样子能够提高箱体的变形能力。

4.2轴的分析
4.2.1轴的静力学分析
分析过程步骤和箱体的静力学一样，变形结果如图4.15，图4.16和图4.17所示：
图4.15 X方向的变形
图4.16 Y方向的变形
图4.17 Z方向
受力情况如图4.18，图4.19和图4.20所示：
图4.18 X方向的受力情况
图4.19 Y方向的受力情况
图4.20 Z方向的受力情况
4.2.2轴的热力学
采用的方法：在结构上直接施加温度载荷,分析过程步骤和箱体的热力学过程一样。

分析结果，变形情况如图4.21，图4.22和图4.23所示：
图4.21 X方向的变形
图4.22 Y方向的变形
图4.23 Z方向的变形
4.2.3结论
对高速轴的静力学分析的结论：
对其进行Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的分析，发现不同的方向，力在轴上主要集中的部位不同，导致在不同的方向轴的变形情况会有不同，但是在轴肩和键槽处变形是特别严重，这正好验证了我们在机械原理课上学习轴的时候老师告诉我们在这两个地方很容易发生应力集中。

所以我们在做减速箱的设计时对轴的校核，要特别对这两个地方校核。

对高速轴的热力学分析的结论：
对其进行Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的分析，发现不同的方向，轴与键接触的地方都是最容易产生变形的地方，因为有接触就有摩擦，而且接触的地方散热性也是比较差的。

4.3斜齿轮的分析
4.3.1斜齿轮的静力学分析
分析过程步骤和箱体的静力学基本一样，变形结果如图 4.24，图 4.25，图4.26和图4.27所示：
图4.25 径向变形图
图4.26 径向的应力图
图4.27 Y方向应力图
4.3.2齿轮的热力学分析
齿轮的热力学分析难度较大，故在此列出详细的求解过程：1选择单元类型
图4.28
2定义材料属性
图4.29
3导入模型
4划分网格
5按globe后的set按钮
图4.30
6施加对流边界条件
Main Menu——Solution——Define Loads——Apply——Thermal——Convection——On Areas
7求解，转换热单元为结构单元
Main Menu——Preprocessor——Element Type——Switch Elem Type
8定义材料特性
图4.31
图4.32
通过施加约束，施加压力载荷，施加在齿轮的一个齿的一个面上，读入分析得到的节点温度，然后指定参考温度，求解，得到三个方向的合成变形，结果如下图4.33和图4.34所示：
图4.33 三个方向的合成变形
图4.34 Z方向的受力情况
4.3 .3总结
对高速轴上的齿轮静力学分析：
在ANSYS分析结果中，给齿轮施加齿轮黏合是的4个面接触的力时，发现应力集中在齿轮的键槽与齿轮孔边缘倒角的位置，也就是危险点，所以在设计齿轮时要对此位置进行应力分析。

此分析中，齿轮的径向变形量很少，而且径向和Y方向的最大应力也很小，在这个分析的条件下，小齿轮安全可靠。

对高速轴上的齿轮热力学分析：
通过对齿轮的三个方向的合成变形可以看出，齿轮啮合的部位变形特别的大，而处于未啮合的部分温度对其变形影响不大。

因为齿轮是在做转动，故齿轮的总体变形是比较均匀的。

但如果传动机构的转动不顺畅，这就会使齿轮长期处在某个地方啮合，必将加速齿轮的局部磨损。