采用UG_HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析_舒彪
基于ANSYS直齿圆柱齿轮有限元模态分析
模态号 节径数
1
0
2
0
3
0
4
0
5
0
6
1
7
1
8
157. 7 9547 31526 33341 53151 7727. 6 7727. 6 15233 15233
测试频率/ Hz 7912. 2 9518. 5 31510. 5 33337. 4 53159. 6 7736. 2 7735. 6 15232. 9 15210. 6
3 齿轮有限元模态分析
3. 1 齿轮有限元建摸 采用 在 ANSYS 中直 接建 模
的方法, 考虑到齿 轮在几何形状 上具有循环对称的特征, 在对其 做模态分析时可以采用循环对称 结构模态分析的方法, 因此对齿 轮进行单个齿的局部建模; 为了 简化建模过程, 在 建模过程中采 用标准齿轮, 齿轮 的端面齿形是 将计 算出的齿 廓上各点 用 B 样 条曲线拟合而得到的, 对于齿根 图 1 单 个 轮 齿有 限 过渡曲线, 由于其长度较短, 在建 元模型 模时用圆弧代替。齿轮的几何参数为: 齿数 z2= 39, 模 数 m= 3. 5, 齿宽 b= 20mm。材料属性为: 杨氏弹性模 量 E = 2. 1 @105MPa, 泊松比 L= 0. 3, 材料密度 Q= 7. 8 @103kg/ m3。在划分网格时, 采用 SHELL63 和 SOLID45 的形式( 三角形八节点六面体单元) 。划分网格后的单 个齿形模型图如图 1 所示。 3. 2 加载约束并求解
本文运用有限元法分析了齿轮的固有振动特性, 通过有限元分析软件 ANSYS 分析了齿轮的各阶模态, 得到了其低阶固有频率和对应主振型, 其分析方法和 所得结果可为直齿圆柱齿轮的动态设计提供参考, 同 时也为齿轮系统的故障诊断提供了一种方法。
基于Hypermesh的电机结构模态分析与优化
张 飞 杨博 淼 纪 小庄 黄 少锐 （ 上海汽车集团股份有限公司技术中心， 上海 ２ ０ １ ８ ０ ４ ）
【 摘要】 基于Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ 软件对某永磁同步电机进行模态分析。 通过合理简化与假设， 建 立电机有限元
仿真模型并计算 出固有频率 。为 了验证仿 真结果 的准确 性 ， 通 过锤 击法模 态试验进 行验证 ， 结 果表 明仿 真结 果 与试 验结果误差在 ５ ％ 以内。通过仿真结果优 化定子结 构 ， 有效地 提高 了电机 固有 频率 ， 减少 发生 电磁 共振 噪
声 的 可 能性 。
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｍ ｏ ｄ ａ ｌ ｏ ｆ ａ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍ ｏ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈ ｙ ｐ ｅ ｍｅ ｒ ｓ ｈ
热筋结 构 的变 化 ， 得 出 加 固绕 组 以及 采 用 周 向 的
散热筋 结 构都会 降 低 开关 磁 阻 的 噪声 水 平 。文 献
［ ８— ９ ］ 通过 有 限元分 析方法 重 点 分析 绕 组对 电机 的影 响 ， 得 出绕 组 对 电机 的影 响不 仅 体 现 在 刚 度 上还 体现 在质量 上 。
ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ￣ｅ ａ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｙ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｈ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｓ ｌ ｅ ｓ ｓ ａ Ｊ １ ５％ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ， ｗｈｉ ｃ ｈ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ￣ｅ ａ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ．
基于Hypermesh与ansys的模态分析
基于Hypermesh与ansys软件的模态分析一、简单说明Hypermesh与Ansys软件各自完成的任务：1）在Hypermesh软件中需要完成的任务是有限元网格的划分、单元类型定义、材料定义与施加约束和载荷。
（本实例是按照约束载荷进行说明的2）在Ansys软件中需要做的就简单多了，在Solution中选择选择要进行的modal就行了。
二、详细操作步骤：1）Hypermesh软件处理①在Hypermesh中完成网格划分，首先要掌握网格划分的方法，那么要学会使用Hypermesh软件，此处不再详述。
ET Type进行定义。
③材料定义,在模态分析中必须定义密度和弹性模量。
密度是对应惯性力，弹性模量是对应线性结构。
此处要注意单位的统一。
否则得到的频率值可能出现大的错误。
④施加约束和载荷（当然在Ansys中做谐响应分析时可以不在Hypermesh中施加载荷）⑤以上步骤完成之后，就要在Ansys进行模态分析。
在进行模态分析之前我们还是要注意出现的问题，这部分是本文说明的重点。
首先，其实当把网格完成之后，还需要删除三维网格以外的单元，比如二维单元、实体模型，这些都会影响有限单元的导入。
我们在划分网格时候为了方便划分网格会进行切割，同样的在我们完成网格之后还要把他们进行组合，可以用Tool中的Organize命令。
我们还会根据不同的零部件产生不同的Component，后面付给不同的单元类型要用到。
第二点，单元类型必须在Hypermesh中定义，不然无法保存成Ansys可以识别的cbd 格式；第三点，当我们完成单元类型的定义和材料属性的定义后，还要做的工作就是在Utility中选择ComponentManager，把我们定义的单元类型和材料付给具有这些性质的Component。
Ansys中打开就不会出现问题了２）Ansys软件处理①在Ansys中需要做的就相对来说简单多了，可以改变Change Jobname，Change Title。
基于UG的振动筛模态分析
基于UG的振动筛模态分析崔联合;张双全【摘要】The vibrating screen structure is modeled and the finiteelement modal analysis is conducted by UG software.Through the analysis of the free mode and condition mode,the natural frequency and the vibration mode of the vibrating screen structure are figured out under the two modes. The result shows that the valuable reference data is provided for the design of the vibrating screen structure. The exciting frequency of the vibrating screen’ s vibration motor is much smal er than its the least natural frequency in the case of its free mode and condition mode,so the resonance phenomenon of the vibrating screen structure does not happen.%用UG软件对振动筛结构件进行建模，并对结构件进行有限元模态分析。
通过自由模态和工况模态分析，计算出在两种模态下振动筛结构件的固有频率和振型，计算结果表明，振动筛振动电机的激振频率远小于振动筛结构件在自由模态下和工况模态下的最小固有频率值，因此振动筛结构件不会发生共振现象，该研究结果可供振动筛结构件设计时参考。
ANSYS循环对称结构模态分析实例-简化齿轮的模态分析
ANSYS循环对称结构模态分析实例-简化齿轮的模态分析循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析一、问题描述该实例是对一个简化的齿轮模型的模态分析。
齿轮在几何形状上具有循环对称的特征，因此在对其做模态分析时可以采用循环对称结构模态分析的方法。
要求确定齿轮的低阶固有频率。
已知的几何数据参见分析过程中的定义，材料特性数据如下：杨氏模量=2×108 N/m2泊松比=0.3密度=7.8×10-6 N/m3二、GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a Gear”，然后单击OK。
第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。
Element Types对话框将出现。
2.单击Add。
Library of Element Types对话框将出现。
3.在左边的滚动框中单击“Structural Shell”。
4.在右边的滚动框中单击“Elastic 4node 63”。
5.单击Apply。
6.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。
7.在右边的滚动框中单击“Brick 8node 45”。
8.单击OK。
9.单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。
Isotropic Material Properties对话框将出现。
2.在OK上单击以指定材料号为1。
第二个对话框将出现。
3.输入EX为2E8。
4.输入DENS为7.8e-6。
5.输入NUXY为0.3。
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。
不同长径比的轴类零件的模态参数比较
不同长径比的轴类零件的模态参数比较轴类零件根据长径比分为短轴、细长轴和普通轴。
在进行轴类零件设计时，需要了解不同长径比的轴的动态特性，以便达到设计目标。
基于有限元方法，分析了三种不同长径比的轴类零件模态，对比了模态频率、振型等模态参数，为轴类零件的选择及优化设计提供了参考。
标签：轴类零件；长径比；模态参数轴类零件广泛应用于各类机械产品中，在旋转机械中，轴类零件更是核心零部件之一。
轴类零件的长度与直径的比值称为长径比，其中长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，介于两者之间的为普通轴。
不同长径比的轴类零件的应用场合不同，静态特性和动态特性也是不同的。
在进行设计时，要充分了解其动态特性，防止轴在运行工况下与其他结构发生共振[1]，影响其振动、噪声及稳定性等性能[2]。
本文以同直径，不同长度的轴为例，进行了不同长径比的轴的模态分析，对比了其模态参数，为轴的优化设计提供了参考。
1 有限元模态分析理论一般无阻尼多自由度系统的自由振动微分方程的一般形式为[3]：M是系统的质量矩阵，K是刚度矩阵。
一般多自由度系统的运动微分方程求解比较困难，通常采用模态分析的方法进行方程组的求解。
首先对原方程进行坐标变换，使方程之间解耦，这样方程组转化为n个独立单自由度的系统的方程求解问题，最后得到系统的固有频率和振型。
有限元模态分析就是利用有限元方法进行模态分析的过程。
2 模型创建2.1 几何模型将轴的几何外形简化为圆柱体，并忽略对模态参数影响较小的倒角，键槽等特征。
圆柱体底面圆的直径为40mm，创建长径比为5、10、20的轴，即长度为200mm，400mm和800mm，分别建立其几何模型。
2.2 有限元模型利用有限元前处理软件Hypermesh进行网格划分，采用有限单元类型为五面体和六面体单元，单元尺寸为5mm，分别划分单元数量为2480个、4960个和9920个。
有限元模态分析时需要定义轴的材料属性。
设置轴的材料为钢，密度为7900kg/m3，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3，忽略材料的阻尼特性。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是一种常用的机械传动装置，广泛应用于机械传动系统中。
在设计齿轮时，常常需要进行静力学分析和模态分析，以确保其性能和可靠性。
基于ANSYS软件的齿轮静力学分析和模态分析方法是一种常用的设计方法。
首先，进行齿轮静力学分析需要获取齿轮的几何参数和材料性质。
几何参数包括齿轮的齿数、模数、齿宽等，材料性质包括齿轮的材料弹性模量、泊松比等。
然后，使用ANSYS软件建立齿轮的三维有限元模型，并进行网格划分。
在建立完有限元模型之后，进行齿轮静力学分析。
首先要定义齿轮的边界条件和载荷情况。
边界条件包括固定约束和辅助约束，以模拟实际应用中的固定情况。
载荷情况包括齿轮的输入转矩和速度，以及传递给齿轮的负载。
然后，应用静力学方程，利用ANSYS软件进行静力学计算，得到齿轮的应力和变形分布情况。
通过齿轮静力学分析，可以评估齿轮的传动性能和承载能力。
根据分析结果，可以进行结构优化，以提高齿轮的性能和可靠性。
除了静力学分析，模态分析也是齿轮设计中的重要环节。
模态分析主要用于研究齿轮的固有振动特性。
通过模态分析可以确定齿轮的固有频率和振型，以及可能产生共振的模态。
在模态分析中，需要定义齿轮的材料性质和几何参数，建立三维有限元模型，并进行网格划分。
然后，通过ANSYS软件进行模态分析，得到齿轮的固有频率和振型。
通过模态分析，可以了解齿轮的振动特性和共振情况，以及可能导致振动问题的关键频率。
根据分析结果，可以采取措施来避免共振问题，提高齿轮的振动稳定性。
总的来说，基于ANSYS的齿轮静力学分析和模态分析方法可以帮助工程师了解齿轮的承载性能和振动特性，以指导齿轮的设计和优化。
这些分析结果对于提高齿轮的传动效率和可靠性非常重要。
因此，建议在齿轮设计过程中，尽量采用ANSYS软件进行静力学分析和模态分析，以确保设计的准确性和可靠性。
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ANSYS技术的齿轮箱模态分析及优化
齿轮箱是传动系统中的重要组件，是轴承、齿轮等零部件安装的基础。齿轮箱在受到外 界激励时不可避免的要产生振动，箱体要承受各种载荷并产生应力和变形[1]；齿轮啮合过程
中产生冲击，通过轴和轴承传递到箱体而引起箱体的振动。齿轮箱的振动不仅会产生噪声，
还会引起箱体内齿轮和轴的不对中，加速齿轮及轴承表面的磨损。继而会导致系统产生故障， 严重时会产生重大生产事故，带来经济损失。而振动系统与系统的形式具有一定的关联性， 因此开展对齿轮箱的动态特性分析研究将有着重大的实际意义。
图 3 齿轮箱一 二阶振型
分析如下：
图 4 箱体三 四阶振型 -3-
中国科技论文在线
如表 2、图 3、图 4 所示，一阶振型为箱体沿 x 方向的整体摆动，摆动以箱体与底座连 接处为中心，向上则摆动幅度增大，摆动容易引起连接处的疲劳损伤，故需增加连接处刚度。
The Modal Analysis and optimization of gear box based ANSYS
-5-
中国科技论文在线
Zhang Xueliang1，Cheng Hang 1，Zhao Yuan1
1Electronic Engineering Research Institute and Taiyuan University of Technology Mechanical， Taiyuan，PRC,(030024)
3.4 箱体材料属性的确定
箱体材料为铸铁，上下箱体均为同一材料，查手册知铸铁的弹性模量、密度和泊松比如表 1
所示
表 1 箱体材料属性
1.6 × 1011
kg/ m3 7.8 ×103
3.5 边界条件的确定
齿轮箱工作时，通过螺栓固定底座，为模拟齿轮箱实际工作情况，达到准确预估箱体动 态特性的目的，需对箱体模态分析施加正确的边界条件，即对箱体底部施加面约束[6]。网格 划分后模型共包括 71995 个节点，44800 个单元。箱体约束的有限元模型如图 2 所示
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是常用的动力传动装置，广泛应用于机械设备中。
在设计齿轮传动系统时，静力学分析和模态分析是非常重要的步骤。
本文将重点介绍基于ANSYS软件进行齿轮静力学分析和模态分析的方法和步骤。
1.齿轮静力学分析齿轮静力学分析旨在分析齿轮传动系统在静态负载下的应力和变形情况。
以下是基于ANSYS进行齿轮静力学分析的步骤：步骤1：几何建模使用ANSYS中的几何建模工具创建齿轮的三维模型。
确保模型准确地包含所有齿轮的几何特征。
步骤2：材料定义使用ANSYS的材料库定义齿轮材料的力学性质，例如弹性模量、泊松比和密度等。
步骤3：加载条件定义定义加载条件，包括对齿轮的力或力矩、支撑条件等。
加载条件应符合实际使用情况。
步骤4：网格划分使用ANSYS的网格划分工具对齿轮模型进行网格划分。
确保网格划分足够细致以捕捉齿轮的几何特征。
步骤5：模型求解使用ANSYS中的有限元分析功能对齿轮模型进行求解，得到齿轮在加载条件下的应力和变形分布情况。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，评估齿轮的强度和刚度。
如果发现应力或变形过大的区域，需要进行相应的结构优化。
2.齿轮模态分析齿轮模态分析用于确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
以下是基于ANSYS进行齿轮模态分析的步骤：步骤1：几何建模同齿轮静力学分析中的步骤1步骤2：材料定义同齿轮静力学分析中的步骤2步骤3：加载条件定义齿轮模态分析中，加载条件通常为空载条件。
即不施加任何外力或力矩。
步骤4：网格划分同齿轮静力学分析中的步骤4步骤5：模型求解使用ANSYS中的模态分析功能对齿轮模型进行求解，得到其固有频率和模态形态。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
根据结果可以评估齿轮传动系统的动力特性和工作稳定性。
综上所述，基于ANSYS进行齿轮静力学分析和模态分析可以有效地评估齿轮传动系统的强度、刚度和动力特性。
这些分析结果对于优化齿轮设计和确保齿轮传动系统的正常工作非常重要。
基于Ansys Workbench的齿轮轴有限元分析
引言摆线针轮行星传动属于K-H-V 行星齿轮传动，与普通的齿轮传动相比，摆线针轮行星传动具有以下主要特点：传动比范围大，单级传动比为6~119，两级传动比为121~7569，三级传动比可达6585030；结构紧凑、体积小、质量轻。
摆线针轮行星传动采用了行星传动结构和紧凑的输出机构，因而结构紧凑，与相同功率的普通齿轮传动相比，体积和质量均可减少1/2~1/3；运转平稳，噪声低；在摆线针轮行星传动过程中，摆线行星轮与针轮啮合齿数较多，且摆线行星轮与针轮的啮合、输出机构的销轴与行星轮端面的销轴孔及行星轮与偏心套之间的接触都是相对滚动，因而运转平稳、噪声低；传动效率高，除了针轮的针齿销支承部分外，其他部件均为滚动轴承支承，同时针齿套的使用使得针轮与摆线行星轮的啮合由滑动摩擦变为滚动摩擦。
因而，摆线针轮行星齿轮传动机构同一般的减速机构相比有更高的传动效率。
一般单级传动效率为90%~95%。
齿轮轴是传动的薄弱环节，限制了高速轴的转速和传递的功率。
减速器系统强度取决于减速器内部各个零件的强度，它们直接决定了减速器的使用寿命，因而各零件具有合理的强度是十分重要的。
国内外许多专家学者对减速器的强度分析作了深入的研究，常用的方法有解析法、试验法和有限元法。
张迎辉等利用MATLAB 软件分析计算得出行星架的支承刚度和曲轴的弯曲刚度对固有频率的影响明显[1]。
张迎辉等分析了机器人用RV 减速器中支承轴承刚度及曲轴和齿轮之间角度周期性变化的影响，并对轴承刚度的灵敏度进行了分析，提出了避免共振和保持精度的方法[2]。
在风电变桨减速器零部件设计过程中需要考虑零部件的传动可靠性、安装合理性，而齿轮轴作为传动的关键零件，在实际应用中至关重要，该零件也容易造成磨损，所以对其进行强度分析就显得尤为重要。
此外，对于轴这些传递动力的零件应在满足强度要求的前提下，使其尺寸尽量小、寿命尽量长。
1齿轮轴的设计因轴为齿轮轴，材料与行星齿轮的相同，故选用20CrMnTi ，渗碳淬火、回火处理。
基于ANSYS Workbench的齿轮齿条系统模态分析
基于ANSYS Workbench的齿轮齿条系统模态分析作者：马海龙来源：《中国科技纵横》2016年第18期【摘要】齿轮齿条传动模态分析研究的主要内容是确定齿轮齿条部件的振动特性（固有频率和主振型），它们是承受动载荷结构设计中的重要参数。
由于系统的固有特性表明了在哪些频率下结构会产生共振以及在各阶频率下结构的相对变形，因此对于改善结构动态特性具有重要意义。
由模态分析就可判断出齿轮的转速是否合理，这样可以确定齿轮与齿轮转速合理匹配，进而避开其固有频率。
【关键词】齿轮齿条模态分析 ANSYS Workbench 共振1引言模态分析是用来分析、确定系统振动特性的一种动力学分析技术。
振动特性包括固有频率、振型等。
在进行结构设计时可以利用模态分析避免共振，还可以为其他动力学分析模块提供求解控制参数，如时间步长等。
在准备进行其他动力学问题之前首先要进行模态分析，模态分析是最基础的内容。
2模态分析基本概念和理论模态的定义是结构在进行自由振动时所具有的振动特性。
结构本身的物理几何特性和材料属性决定着自身的模态，结构模态与外部是否添加载荷无关。
进行模态分析时可以有两种方法：（1）理论模态分析，它的基础是线性振动理论。
主要方法是利用有限元方法对所研究的结构进行离散，建立数学模型，求解系统特征值和特征向量，即求得系统的固有频率和固有振型。
（2）实验模态分析，又叫模态分析的实验过程。
首先，利用实验测得结构的激励和响应时间，运用数字处理技术求得频响应函数。
然后运用参数识别方法得到系统结构模态参数。
3齿轮齿条系统模态分析有限元建模3.1齿轮齿条有限元模型的建立及材料的定义利用UG软件建立三维模型以后，以x_t 格式导入到 ANSYS Workbench 12.0中，得到在ansys中的齿轮齿条装配模型。
在Geometry菜单中给齿轮齿条进行切片，为下面的局部网格划分打下基础。
对模型的材料进行定义，在Engineering Data菜单中添加新材料，齿轮齿条采用的材料选用40Cr，40Cr作为为中碳合金结构钢，经调质并高频表面淬火后，可制作要求较高的表面硬度及耐磨性并带有一定冲击的零件，如齿轮、轴、连杆等。
基于ANSYS的齿轮装配体模态分析
２ｏｏ８年８月沈第２７卷第４期ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ阳理工大学学报ＯＦＳＨＥＮＹＡＮＧＬＩＧＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶ０１．２７Ｎｏ．４Ａｕｇ．２００８文章编号：１００３—１２５１（２００８）０４—００７１—０５基于ＡＮＳＹＳ的齿轮装配体模态分析杨伟，马星国，尤小梅（沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳１１０１６８）摘要：提出一种用ＡＮＳＹＳ分析装配体模态的新方法，针对某履带车辆传动系统高速旋转齿轮求解两种临界状态下的系统频率和主振型，而每种临界状态下的模态都可以用线性模态分析理论求解，系统运行时的固有频率在两者之闻．将模态分析结果与ＡＤ—ＡＭＳ运动仿真得到的啮合频率进行比较，分析系统运行时能否发生共振．关键词：有限元法；齿轮传动系统；模态分析；啮合频率中图分类号：ＴＨｌｌ３．１文献标识码：ＡＴｈｅＭｏｄａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＧｅａｒＡｓｓｅｍｂｌｙＢａｓｅｄＯｎＡＮＳＹＳＹＡＮＧＷｅｉ，ＭＡＸｉｎｇ—ｇｕｏ，ＹＯＵＸｉａｏ—ｍｅｉ（ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｎｅｗｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｎｇａｓｓｅｍｂｌｙｍｏｄｅｂｙＡＮＳＹＳｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｒｅ—ｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｔｈｅｍａｉｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒｖｅｈｉｃｌｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｏｎｔｗｏｃｒｉｔｉｃａｌｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｔｈｅｍａｉｎｖｉｂｒａｒｔｉｏｎｍｏｄｅｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄｗｉｔｈｌｉｎｅａｒｍｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｇｅａｒｓｙｓｔｅｍｉｓｌｏｃａｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｔｗｏｃｒｉｔｉｃａｌｓｔａｔｅ．ＴｈｅｍｅｓｈｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙＡＤＡＭＳａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｂｏｖｅｍｅｎｔｉｏｎｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｔｏｋｎｏｗｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｗｉｌｌｏｃｃｕｒｏｒｎｏｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｇｅａｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｅｓｈｉｎｇｆｒｅ－ｑｕｅｎｃｙ在车辆齿轮传动系统中，对齿轮进行模态分析，有益于在设计中掌握齿轮结构的振动特性，特别是确定结构或机械传动部件的固有频率，使设计师可以避开这些频率或最大限度地减少对这些频率上的激励，从而消除过度振动或噪声，提高车辆行驶的舒适性、操纵稳定性以及燃油经济性．目前对于齿轮的模态分析主要是基于解析方法和简收稿日期：２００８—０６—０２作者简介：杨伟（１９８２～），男，硕士研究生；通讯作者：马星国（１９６３一）男，教授，研究方向：为多体动力学仿真和有限元分析．单的数值仿真研究，但这些研究都做了大量的简化，即使是使用有限元方法对齿轮进行的特性分析，也是在静态下对单一齿轮进行的研究，而没有考虑齿轮啮合时轮齿之间相互约束的影响，针对装配体的模态分析更是鲜见于相关文献．对于某型号履带车辆传动系统，通常是在高速重载工况下工作，由于变速的频繁性，车辆在使用中承受剧烈的振动，影响其操作的稳定性及传动效率．尤其是在高速运转状态下，离心力在转动部件中造成的预应力对结构的固有频率也有影响¨Ｊ．传统的单一齿轮静态线性模态分析方法不能满足分析的·７２·沈阳理工大学学报２００８焦需要，故对齿轮系统进行实际工况下的振动分析就显得尤为重要．１齿轮的固有振动分析齿轮副在啮合过程中，因加工误差、齿侧间隙和轮齿受载弹性变形及热变形，会产生“啮合合成基节误差”，使轮齿在啮人啮出时的啮入啮出点偏离理论啮合线，主／被动齿轮转动速度产生偏差和突变，引起啮人／出冲击，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频率．齿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，齿轮系统的扭振主要是由轴的扭振和轮齿的弹性扭振组成．影响齿轮副固有频率的因素很多，如轮齿的刚度大小、齿轮副的大小、轴的刚度大小、润滑油膜厚度及各种阻尼等等．固有频率可由下式近似计算心。
ansys齿轮模态分析
基于ANSYS勺齿轮模态分析齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的应用在各个生产领域中，经常用在重要的场合；传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速内发生强烈的共振，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。
静力学计算不能完全满足设计要求，因此有必要对齿轮进行模态分析，研究其振动特性，得到固有频率和主振型(自由振动特性)。
同时，模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析的基础。
本文运用UG对齿轮建模并用有限元软件ANSYS寸齿轮进行模态分析，为齿轮动态设计提供了有效的方法。
1.模态分析简介由弹性力学有限元法，可得齿轮系统的运动微分方程为：[M]{"}[C]{*}[K]{X}{F(t)}(1)式中，[M],[C],[K]分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，{X}、{X}、{X}分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，{X}{X i,X2」||,X n}T；{F(t)}为齿轮所受外界激振力向量，{F(t)}f1,f2,|||f n T o若无外力作用，即{F(t)}0,则得到系统的自由振动方程。
在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它们影响不大，因此，可以作为无阻尼自由振动问题来处理[2]。
无阻尼项自由振动的运动方程为：[M]{4}[K]{X}0(2)如果令{X}{}sin(t)则有{X}2{}sin(t)代入运动方程，可得([K]i2[M]){i}0(3)式中i为第I阶模态的固有频率，i为第I阶振型，i12”|,n。
2.齿轮建模在ANSY即直接建模有一定的难度，考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口，可以方便的转化，而UG软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出，可以通过参数控制模型尺寸的变化，因此本文采用通过UG软件对齿轮进行参数化建模，保存为IGES格式，然后将模型导入到ANSY歆件中的方法。
基于Hypermesh和ANSYS的轮胎式联轴器的强度分析
［3］ 刘思久，张礼勇. 自动测试系统与虚拟仪器原理·开发·应用
［M］.北京：电子工业出版社，2009.
［4］ 杨乐平，等. LabVIEW 程序设计与应用［M］.北京：电子工业出
版社，2005.
（编辑 黄 荻）
!!!!!!!!!! 作者简介：曾刘苏（1991-），男，学生，主要研究方向为测控技术、信息
制造业信息化
仿真 / 建模 / CAD/ CAM/ CAE/ CAPP MANUFACTURING INFORMATIZATION
基于 Hypermesh 和 ANSYS 的轮胎式联轴器的强度分析
王磊， 吴新跃 （海军工程大学 船舶与动力工程学院，武汉 430033）
摘 要：建立了轮胎联轴器的有限元模型，通过 ANSYS 有限元分析软件对模型进行了强度分析，得到了轮胎式联轴器
1
的附加轴向力，故此联轴器在运转中会
改进，以求为研究和工程人员选择联轴器提供更多数据。 2 轮胎式联轴器的结构及主要参数 2.1 整体结构
本文中以 LU1 型 Y 型轮胎式联轴器为例，此联轴器由 两个半联轴器与轮胎环通过螺栓进行连接，如图 1 所示。 2.2 主要参数
公称转矩 Tn=10N·m，材料为 ZG35，轴孔直径 d=
［参考文献］
处理、自动化系统；
［1］ 马良，等.应变电测与传感技术［M］.北京：中国计量出版社，1993.
周樊华，男，副教授。
［2］ 6023E/6024E/6025E User Manua［l M］. USA：National Instruments 收稿日期：2011-08-19
47 机械工程师 2011 年第 12 期
L
B
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图 1 LU 型轮胎式联轴器 1，4.半联轴器 2.螺栓 3.轮胎环 5.止退垫板
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
学号:08507019⑧还比衣林弟妆大学20：U届本科生毕业论文（设计）题目：基于ANSYS的齿轮模态分析学院（系）：机械与电子工程学院专业年级：机制072班______________学生姓名: 何旭栋指导教师:合作指导教师:完成日期：2011-06-第一章绪论........................................................................ -1 - 1.1课题的研究背景和意义......................................................... -1 - 1.2齿轮弯曲应力研究现状......................................................... -1 - 1.3齿面接触应力研究现状 ........................................................ -2 - 1.4齿轮固有特性研究现状......................................................... -2 - 1.5论文主要研究内容............................................................. -3 - 第二章齿轮三维实体建模............................................................ -3 - 2.1三维建模软件的选择.......................................................... -3 - 2.2齿轮参数化建模的基本过程..................................................... -4 - 2.3利用pro/e对齿轮进行装配..................................................... -5 - 第三章齿轮弯曲应力有限元分析..................................................... -6 - 3.1齿轮弯曲强度理论及其计算 .................................................... -6 -3. 1. 1齿轮弯曲强度理论......................................................... -6 -3. 1. 2齿形系数的计算方法....................................................... -7 - 3.2齿轮弯曲应力的有限元分析..................................................... -8 -3.2. 1选择材料及网格单元划分 .................................................. -8 -3. 2. 2约束条件和施加载荷....................................................... -8 -3.2.3计算求解及后处理......................................................... -9 - 3.3齿轮弯曲应力的结果对比...................................................... -12 - 第四章齿轮接触应力有限元分析.................................................... -13 -4.1经典接触力学方法........................................................... -13 - 4.2接触分析有限元法思想........................................................ -14 - 4.3 ANSYS有限元软件的接触分析................................................. -16 -4.3. 1 ANSYS的接触类型与接触方式............................................ -16 -4.3. 2 ANSYS的接触算法...................................................... -16 - 4.4齿轮有限元接触分析.......................................................... -17 -4.4. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... -17 -4.4.2定义单元属性和网格划分................................................ -17 -4.4.3定义接触对............................................................ -18 -4.4.4约束条件和施加载荷.................................................... -18 -4.4. 5定义求解和载荷步选项................................................ -19 -4.4.6计算求解及后处理...................................................... -19 - 4.5有限元分析结果与赫兹公式计算结果比较 .................................... -21 - 第五章齿轮模态的有限元分析...................................................... -22 -5.1模态分析的必要性........................................................... -22 - 5.2齿轮的固有振动分析.......................................................... -22 - 5.3模态分析理论基础............................................................ -22 - 5.4模态分析简介................................................................ -24 -5.4. 1模态提取方法........................................................... -24 -5. 4.2模态分析的步骤.......................................................... -25 - 5.5齿轮的模态分析........................................................... -25 -5.5. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... - 25 -5.5.2定义单元属性和网格划分............................................... -25 -5. 5.3加载及求解........................................................... -26 -5. 5.4扩展模态和模态扩展求解............................................... - 26 -5. 5. 5查看结果和后处理..................................................... -27 - 5.6 ANSYS模态结果分析...................................................... - 28 - 第六章全文总结与展望.......................................................... -31 -6. 1全文总结................................................................. -31 - 6.2本文分析方法的优点....................................................... -31 - 6.3本文缺陷及今后改进的方向................................................. -32 - 参考文献...................................................................... -33 - 附录1外文翻译................................................................ -34 - 附录2 GUI操作步骤............................................................ -41 - 致谢........................................................................... -45 -绪论第一章绪论1.1课题的研究背景和意义本文研究的对象是履带式拖拉机变速箱齿轮。
采用UG_HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析_舒彪
CAD/CAE/CAPP/CAM现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering）2012年第2期采用UG、HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析舒彪，喻道远，王灯，张三强（华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉430074）摘要：借助UG强大的几何建模功能、HyperMesh强大的网格划分能力以及ANSYS的有限元分析功能，采用将三者结合的分析方法，对齿轮轴进行模态分析，得出了其低阶固有频率和振型，对正确合理地设计齿轮轴结构具有理论意义。
关键词：ANSYS软件；HyperMesh软件；UG软件；齿轮轴；模态分析中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671—3133（2012）02—0071—04Model analysis of gear shaft based on UG，HyperMesh and ANSYSShu Biao，Yu Daoyuan，Wang Deng，Zhang Sanqiang（State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment＆Technology，HuazhongUniversity of Science＆Technology，Wuhan430074，China）Abstract：The powerful modeling function of UG，meshing function of HyperMesh and definite element analysis function of AN-SYS have been fully used based on the integration of those three software to perform the model analysis of gear shaft to obtain its low-order natural frequencies and vibration mode which provides a theoretical basis for designing gear shaft accurately and reason-ably．Key words：ANSYS；HyperMesh；UG；gear shaft；model analysis0引言齿轮轴是减速器的重要组成部分，齿轮轴在高速运行状态下的动态特性，如振动、噪声、稳定性是判断其性能的重要指标，也是影响减速器整机运行性能的重要因素。
基于ANSYS的不同材料减速器齿轮轴分析
基于ANSYS的不同材料减速器齿轮轴分析丁志勇;孙弋婷【摘要】以应用于刮板输送机减速器中的齿轮轴为研究对象,应用三维建模软件Solid works和有限元分析软件ANSYS进行建模和有限元分析.调研常见的齿轮材料,以有限元分析结果为基础,比较了不同齿轮材料下的安全系数,在此基础上对现有齿轮轴的材料进行优化,通过实验跑合,齿轮轴满足大纲试验要求.该分析方法对其它齿轮材料的选择有着借鉴意义.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】3页(P119-121)【关键词】ANSYS;齿轮轴;材料分析;安全系数【作者】丁志勇;孙弋婷【作者单位】山西能源学院,山西太原 030600;中北大学材料科学与工程学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TH1401 引言刮板输送机是煤矿井下工作面主要的煤炭与物料运输设备，同时也是采煤机的运行轨道与液压支架的支撑点。
随着煤矿综采机械化的快速发展与高产高效果矿井的建设，对井下刮板输送机以及相关零部件的可靠性与稳定性的要求也越来越高。
其中减速机又是刮板输送机传动装置中最为重要的部件，其能否可靠、稳定的运行将直接影响着矿井的生产效率和煤矿企业的经济效益[1]。
减速器作为刮板输送机传动装置中的重要组成部分，起着增大扭矩，降低转速的功用。
特别是中型和大型刮板输送机中的减速器对其性能的要求也越来越高。
广泛应用于刮板机的减速器中的第三级齿轮传动中是一个齿轮与齿轮轴的啮合。
由于齿轮轴结构的特殊性，既是起传递扭矩的转轴又是进行传动比输送的齿轮，所以其重要性不言而喻。
但由于结构原因，齿轮轴又是该类型减速器中最容易出现失效的零件，鉴于以上情况，对齿轮轴的强度分析以及在此基础上的材料改进是非常有必要的[2-4]。
本文应用有限元法首先对齿轮轴进行强度分析，采用三维建模软件Solid works对齿轮轴及其配合的齿轮进行三维建模，应用有限元分析软件ANSYS进行有限元分析，得到齿轮轴所受到的应力分布状况。
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CAD/CAE/CAPP/CAM现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering）2012年第2期采用UG、HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析舒彪，喻道远，王灯，张三强（华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，武汉430074）摘要：借助UG强大的几何建模功能、HyperMesh强大的网格划分能力以及ANSYS的有限元分析功能，采用将三者结合的分析方法，对齿轮轴进行模态分析，得出了其低阶固有频率和振型，对正确合理地设计齿轮轴结构具有理论意义。
关键词：ANSYS软件；HyperMesh软件；UG软件；齿轮轴；模态分析中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671—3133（2012）02—0071—04Model analysis of gear shaft based on UG，HyperMesh and ANSYSShu Biao，Yu Daoyuan，Wang Deng，Zhang Sanqiang（State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment＆Technology，HuazhongUniversity of Science＆Technology，Wuhan430074，China）Abstract：The powerful modeling function of UG，meshing function of HyperMesh and definite element analysis function of AN-SYS have been fully used based on the integration of those three software to perform the model analysis of gear shaft to obtain its low-order natural frequencies and vibration mode which provides a theoretical basis for designing gear shaft accurately and reason-ably．Key words：ANSYS；HyperMesh；UG；gear shaft；model analysis0引言齿轮轴是减速器的重要组成部分，齿轮轴在高速运行状态下的动态特性，如振动、噪声、稳定性是判断其性能的重要指标，也是影响减速器整机运行性能的重要因素。
因此，对齿轮轴进行模态分析，能为齿轮轴的正确合理设计、使其具有良好的动态性能指标、以及解决结构上出现的动态性能缺陷问题提供理论依据。
针对某型号减速器的齿轮轴，本文在对其进行模态分析的几何建模、网格划分、分析计算各个不同分析阶段分别采用不同的软件，综合运用UG软件、HyperMesh软件、ANSYS软件的各自特点，以提高解决问题的效率和精度。
1UG［1］、HyperMesh［2］、ANSYS［3］软件简介UG软件为交互式CAD/CAM系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。
它最突出的优点就是其几何建模功能，但它在有限元网格划分及有限元分析计算和后处理方面的功能较为薄弱。
HyperMesh软件是一个高性能的有限元前后处理软件，是美国Atair公司的产品。
它最著名的特点是具有强大的有限元网格前处理和后处理功能。
但与UG 相比，其几何建模功能较为薄弱，且操作界面不友好；与ANSYS相比，其有限元分析时材料和单元类型较少，求解方法难以设置，在有限元分析计算与结果处理方面的性能也较为逊色。
ANSYS是融结构、流体、电场、磁场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
可以进行结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。
尽管其内有几何建模模块，但是在处理复杂形状时，其建模功能远不如专业化几何建模软件UG强大。
在网格划分方面也与专业化的有限元前后处理软件HyperMesh 有一定的差距。
综上所述，利用UG对齿轮轴几何建模，然后利用HyperMesh划分网格建立有限元模型，采用AN-SYS进行分析计算，可以综合运用三个软件的优势，有效地提高整个分析计算过程的速度和质量。
2模态分析理论模态分析是用来确定结构或构件的振动特性，即2012年第2期现代制造工程（Modern Manufacturing Engineering ）固有频率和振型。
在承受动载荷的结构设计中，它们是重要参数。
由于模态是系统结构的固有特性，与外载无关，所以在进行模态分析时，不需要设置外载边界条件，即总载荷向量｛f （t ）｝=0。
由于阻尼对结构的固有频率和振型影响很小，所以，不考虑系统阻尼影响。
因此，无阻尼多自由度系统的自由振动微分方程为：［M ］｛q ㊆｝+［K ］｛q ｝=｛0｝（1）式中：［M ］、［K ］分别为结构的总质量矩阵和总刚度矩阵；｛q㊆｝、｛q ｝分别为整体坐标系下结构的加速度向量和位移向量。
式（1）对应的特征值方程为：（［K ］－w 2［M ］）｛q ｝=｛0｝（2）式中：w 为系统的固有频率。
求解特征值方程式（2）就可以得到w 和｛q ｝，即系统的固有频率和主振型。
3基于UG 的齿轮轴几何模型的建立建立几何模型是建立有限元模型的前提，是进行有限元分析的基础和重要步骤。
鉴于HyperMesh 和ANSYS 软件的建模功能都比较薄弱，本文选用UG 软件作为实体几何建模工具，建立齿轮轴的几何模型，如图1a 所示。
图1齿轮轴几何模型和几何模型简化图为了减小网格划分难度和降低对计算机硬件的要求，在不影响计算结果正确性和结构动态特性的原则下，根据齿轮轴结构形状的特点，参考其他学者在一些模态计算中的经验［4-7］，对齿轮轴体的倒角、键槽等特征进行简化处理，同时将齿轮简化为直径为分度圆的圆柱，如图1b 所示。
4基于HyperMesh 齿轮轴有限元模型的建立有限元模型要为计算提供所有原始数据，这些输入数据直接影响计算结果的正确与否。
由于分析对象的形状、工况条件、材料性质的复杂性，要建立一个完全符合实际的有限元模型是很难的。
它需要考虑的因素很多，如形状的简化、单元类型的选择和边界条件处理等。
通常，建立有限元模型所花费的时间约占整个分析时间的70%左右。
由此可见，建立正确可靠的有限元模型是一项极为重要且复杂的工作。
因此，有必要采用专业化的有限元前处理工具来建立有限元模型以提高建模速度和建模质量。
HyperMesh 的主要功能体现在可以通过一系列处理过程把几何模型转化为高质量的有限元模型，为准确高效的有限元分析打下基础。
将在UG 中构造的齿轮轴几何简化模型通过UG 与HyperMesh 的专用接口导入到HyperMesh 中，指定单元密度，划分网格。
由于结构的固有频率和振型主要取决于质量的分布和刚度分布，所以模态分析时取较均匀的网格形式，网格不用划得很密，以减少质量矩阵和刚度矩阵计算时的数值计算误差。
在本分析过程中单元类型选取四面体单元SOL-ID92。
SOLID92单元有10个节点定义，每个节点有3个自由度：沿节点坐标系X 、Y 、Z 方向的平动。
在该有限元模型中，总共有节点22312，单元11156个。
齿轮轴有限元模型如图2所示。
其中，材料参数为：弹性模量E =210GPa ，泊松比μ=0．3，密度ρ=7．8ˑ103kg /m 3。
图2齿轮轴有限元模型5基于ANSYS 的齿轮轴模态分析将在HyperMesh 中得到的齿轮轴有限元模型通过HyperMesh 与ANSYS 的专业接口导入到ANSYS 中，定义分析类型为模态分析，在分析选项设置中确定要分析的模态数目及所采用的模态分析方法，添加约束，利用ANSYS 求解并扩展模态。
ANSYS 提供了如下7种模态提取方法：Block舒彪，等：采用UG、HyperMesh和ANSYS的齿轮轴模态分析2012年第2期Lancozos法、子空间法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
综合分析各种提取方法的特点［8］，本文采用Block Lancozos法求解齿轮轴模型的固有频率和振型。
由于齿轮轴在实际工作中并非处于自由状态，而是装在机体内，处于约束状态。
因此，根据齿轮轴的实际工作状态，对图1b所示的面A添加径向及轴向自由度约束，对面B添加径向自由度约束。
在理论与实践中均发现，结构的低阶模态对结构的振动影响较大，在进行结构模态分析时，常常只需要知道前几阶固有频率和振型，而不必求出全部固有频率和振型。
因此在本次计算中只提取了齿轮轴的前9阶模态。
6结果分析从模态频率可以看出，第1阶模态的频率接近于0，即所谓的刚体模态。
因此真正意义上的模态应该是从第2阶开始的模态。
表1所示为齿轮轴前9阶非零模态频率和振型描述，图3所示为第1、4、5阶非零模态振型图。
表1齿轮轴前9阶非零模态频率和振型描述阶数固有频率/Hz振型描述1323．80平面XOZ与YOZ内1阶弯曲振动2324．16平面XOZ与YOZ内1阶弯曲振动31405．2平面YOZ内1阶弯曲振动41407．0平面YOZ内1阶弯曲振动51453．1Z向振动61471．8Z向振动72139．7平面XOZ内2阶弯曲振动82144．1平面XOZ内2阶弯曲振动92949．6Z向振动为验证有限元模态分析结果的正确性，对该齿轮轴进行了约束状态下的模态试验，齿轮轴模态分析测试系统示意图如图4所示。
试验设备包括激振器、加速度传感器、电荷放大器、数据采集器和ME'scope模态分析软件。
将齿轮轴当作一个系统，激振器产生一个已知频率的信号施加在该系统上，加速度传感器测量出其响应信号并将信号传递给数据采集器，然后传递给计算机，最后利用ME'scope模态分析软件根据输入、输出信号，识别系统的模态参数。
本试验用锤击脉冲激励作为输入信号，由于施加激振力的方向受限，加之约束的影响，在此仅测试齿轮轴的第1阶固有频率。
试验结果与计算结果比较如表2所示，从表2中可以看出，固有频率相对误差绝对值在10%之内。
比图3第1、4、5阶非零模态振型图图4齿轮轴模态分析测试系统示意较结果表明有限元计算结果与试验结果很接近，证明了所建立的有限元模型很好地反映了实际结构的振动特性以及有限元结构模态分析的准确性。
表2齿轮轴第1阶固有频率试验结果与有限元计算结果比较频率试验结果/Hz有限元计算结果/Hz比值第1阶固有频率351．5323．81．08尽管如此，有限元结构模态计算结果与试验分析结果仍存在一定的误差，原因如下。