行星减速器齿轮轴有限元的分析与优化

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基于有限元法的行星齿轮传动系统的动力学分析

基于有限元法的行星齿轮传动系统的动力学分析一、引言行星齿轮传动作为一种重要的传动装置，在工程应用中具有广泛的应用。

其具有结构紧凑、承载能力高、传动效率高等优点，因此在航空航天、机械制造等领域被广泛使用。

然而，在实际应用过程中，行星齿轮传动系统常常面临着各种挑战，如振动、噪声、疲劳等问题。

因此，对于行星齿轮传动系统的动力学行为进行深入研究，对于提高其工作性能具有重要意义。

二、有限元法简介有限元法是一种常用的工程分析方法，可以用来研究结构的应力、变形、振动等问题。

其基本原理是将复杂的结构分割为有限的单元，通过求解各单元内的位移和应力，最终得到整个结构的行为。

有限元法能够较为准确地模拟和分析实际结构的动态响应，因此被广泛应用于行星齿轮传动系统的研究。

三、行星齿轮传动系统的结构及工作原理行星齿轮传动系统由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架等组成。

其中，太阳轮是输入轴，内齿轮为输出轴，行星轮通过行星架与太阳轮和内齿轮相连。

在行星齿轮传动系统中，太阳轮提供动力输入，通过行星轮的转动将动力传递给内齿轮，实现输出轴的运动。

四、行星齿轮传动系统的动力学模型建立1.建立行星齿轮传动系统的有限元模型为了研究行星齿轮传动系统的动力学行为，首先需要建立其准确的有限元模型。

通过考虑行星轮、齿轮、轴承等各个部件的刚度和质量等参数，可以建立行星齿轮传动系统的有限元模型。

2.确定边界条件和加载条件在进行有限元分析之前，需要确定边界条件和加载条件。

边界条件是指限定结构的位移和转角，在行星齿轮传动系统中，常常将太阳轮固定，将内齿轮的运动约束为指定的转速。

加载条件则是指施加在结构上的外部载荷，在行星齿轮传动系统中，可以考虑太阳轮的输入力作用于行星轮上。

五、行星齿轮传动系统的动力学分析1.求解结构的模态特性通过有限元方法可以求解行星齿轮传动系统的模态特性，即结构的固有频率和模态形态。

模态分析可以帮助工程师了解结构的振动特性，以及确定可能的共振问题。

行星减速机中的齿轮ANSYS有限元分析

齿轮有限元分析1、通过PROE导入ANSYS模型；2、旋转坐标系，使Z轴与齿轮中心轴重合；workplane—offset wp byIncrements—90°+Y3、改成局部坐标系；workpane—Local coordinate systems—create Local CS—Atwp origin—kcs改为Cylindrical4、Preference—structural;5、Preprocessor—Element Type—Add/Edit/Delete—Add—Solid—Brick 8 node 45;6、Material props—Material Models—Strutural—Linear—Elestic—Isotropic—EX取2.06E5,PRXY取0.3；7、Meshing—Meshtool—global—set—size(6)—Mesh(选择整体模型)—Refine at(line)—refine—选择细化的线；8、Select—Entities—lines—by Nun/pick—from full—OK,点选需要的线，Node—Attached to—lines all,中键确认；9、Modeling—Move/modify—Rotate Node CS—To Active to—,选择目标节点；10、Solution—Dfine Load—Apply—Structural—Force/moment—nodes—选择节点；施加轴向力和径向力；11、Select—Everything;12、Solution—Define loads—Apply—structural—Displacement—On Areas—选择需要约束的面;13、Solution—Solve—Current CS;14、General Postproc—Plot Results—Contour Plot—Nodal Solu:应力云图：Stress—V on Mises Stress;刚度变形：DOF Solution—Displacement vector sum;15、设置变形比例：Plot ctrls—style—Displacement—Scaling—true style.。

基于ANSYS的潜油行星减速器齿轮轴的有限元分析

基于ANSYS的潜油行星减速器齿轮轴的有限元分析许俊如,徐建宁,屈文涛(西安石油大学机械工程学院,西安　710065) 摘　要:利用通用有限元分析软件ANSYS,基于齿轮啮合原理,通过三维机械设计软件pro/e建立了精确的齿轮轴模型,分析了大功率,低转速的潜油行星减速器齿轮轴应力—应变分布状况,并介绍了ANSYS针对潜油行星减速器齿轮轴载荷的具体加载方法,给出了潜油行星减速器齿轮轴强度校核的有效计算方法,为潜油行星减速器可靠性优化设计提供了理论依据。

关键词:潜油行星减速器;齿轮轴;大功率;低转速;有限元分析潜油行星减速器是潜油螺杆泵采油系统中的主要传动部件,由于受到油井管套尺寸的限制,减速器中齿轮的模数相对于承载扭矩要求较小,加之潜油行星减速器要在油井恶劣的工况下(环境高温、散热条件极差)连续作业,因此要求减速器中各个齿轮的模数、齿数配比极其合理,以期使减速器达到更长的使用寿命,这对提高石油开采的经济效益意义重大。

根据以往的生产试运行结果分析,潜油行星减速器中的齿轮轴是关键部件,本文旨在对齿轮轴进行强度校核计算,为进一步系统优化设计提供科学依据。

本文首先利用三维机械设计软件pro/e建立潜油减速器齿轮轴三维实体模型,然后通过软件数据接口实现数据传递,将pro/e实体模型转换成为有限元分析软件ANSYS可识别的IGES文件格式,对潜油减速器齿轮轴进行网格划分、应力和应变计算以及后处理分析。

1　某潜油行星减速器几何参数的初选某潜油行星减速器主要几何参数确定如表1: 表1某潜油行星减速器主要几何参数齿轮中心轮行星轮中心轮齿数231757模数(mm)222尺宽(mm)494949分度圆直径(mm)46341142　齿轮轴有限元分析齿轮轴的材料为45CrNiMoV A,左端齿轮齿面渗碳淬火,齿面硬度HRC=58～62,查表可以确定接触疲劳极限为R Hlim=1500M Pa,弯曲疲劳极限应力为R Flim=450M Pa;花键部分表面高频淬火HB320～360,齿轮轴其余部分渗碳淬火硬度为HRC40～HRC42。

行星齿轮传动装置的有限元分析

行星齿轮传动装置的有限元分析发表时间：2014-12-25T14:49:34.060Z 来源：《价值工程》2014年第7月中旬供稿作者：高伟[导读] 实体建模掘进机的行星减速齿轮装置的结构复杂，在生成有限元模型时同样要对其模型进行简化。

高伟淤GAO Wei曰刘娟于LIU Juan（淤中煤科工集团太原研究院，太原030006；于山西北方机械制造有限责任公司，太原030009）（淤Taiyuan Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group，Taiyuan 030006，China；于Shanxi North Machine-Building Co.，Ltd.，Taiyuan 030009，China）摘要：本文以行星齿轮传动装置为研究对象，以ANSYS 软件为操作平台，对其进行了建模，装配，有限元分析，并以太阳轮为例，得到齿轮啮合任意位置的载荷、应力、应变等关键性能参数，对齿轮进行优化设计提供了参考。

Abstract: In this paper, the planetary gears as the research object, ANSYS software as the operating platform for itsmodeling,assembly, finite element analysis, and the sun wheel is taken for example to get anywhere and it provides a reference performanceparameters for optimizing the design of gears in the load, stress, strain and other critical gear.关键词：掘进机；行星齿轮传动装置；ANSYS；有限元分析Key words: roadheader；planetary gears；ansys；finite element analysis中图分类号院TH132.425 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）20-0039-030 引言行星齿轮传动装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、工作平稳、传动比范围大、传动功率高的优点，因此在冶金、矿山、起重运输、汽车等领域得到了越来越广泛的应用。

弧齿锥齿轮行星减速器关键零件校核及有限元分析

１７０
２０２９.４６
１１.９４
齿轮
齿数
１
２１
３
２４
０.６
８８
０ห้องสมุดไป่ตู้６
２
１
４５
４
３２
５
表４齿根弯曲强度校核结果
３５( 左)
０
０.６
０
０
２减速器齿轮传统计算校核
齿轮传动主要失效形式有齿面点蚀和轮齿折断ꎮ 该
弯曲强度ꎮ 行星轮系齿轮数量较多ꎬ可对载荷进行分摊ꎬ
因此只需要校核受力较大的中心轮３ꎮ
信息技术
李阳ꎬ等弧齿锥齿轮行星减速器关键零件校核及有限元分析
ＤＯＩ:１０.１９３４４ / ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２０.０５.０２１
弧齿锥齿轮行星减速器关键零件
校核及有限元分析
李阳ꎬ张庆
( 南京理工大学机械工程学院ꎬ 江苏南京２１００９４)
摘要:圆弧齿锥齿轮行星减速器是某航天飞行器舵机的减速传动装置ꎮ 基于ＡＮＳＹＳ
效性和实用性ꎮ
图１减速器传动原理图
１减速器的结构及工作原理
根据对减速器的技术要求ꎬ确定传动方案ꎬ减速器传
动原理图、装配图如图１( 图中１、２、３、４、５为齿轮号) 、图
２所示ꎮ 弧齿锥齿轮行星减速器是由弧齿部分和ＮＧＷ
型２Ｋ－Ｈ负号行星轮系组合而成的复合轮系ꎮ 输入轴与
伺服电机相连ꎬ输出轴为行星架ꎮ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对减速器关键零件进行有限元分析ꎮ 传统设计方法需要反复修正和校核参数ꎻ有
限元分析法可提高设计质量、减轻设计人员的劳动强度ꎮ 计算结果表明该型弧齿锥齿轮行

减速器齿轮箱拓扑优化及轴承有限元分析

减速器齿轮箱拓扑优化及轴承有限元分析摘要：减速器齿轮箱易受载荷和震动的影响,发生故障的概率较高。

齿轮箱在工作时,轴承的运行状态是复杂的,如果用解析法很难精确得到轴承内部的应力和变形,故采用三维有限元软件来解决此问题。

齿轮箱的失效形式主要有静态式的失效和动态式的失效,其中静态形式的失效会导致变形和裂开,动态形式的失效会导致不同的振动频率和固有振型。

在设计减速器时,如果想要避免应力集中、疲劳损坏、局部断裂等诸多失效形式,分析齿轮箱的受力情况就非常重要。

关键词：减速器齿轮箱；拓扑优化；轴承有限元以往的研究只对齿轮箱进行拓扑优化,并对其进行静力学和动力学分析,并没有验证安装在齿轮箱上轴承的工作状态。

作者首先对齿轮箱模型进行了结构拓扑优化设计,对比优化前后的结构性能,随后对安装在齿轮箱上的圆锥滚子轴承进行了静力学分析,验证齿轮箱运行的安全性。

1有限元分析将已经建立好的三维图导入ANSYS Workbench软件后,先对模型进行一些预处理。

本文分析的对象是实体,故选用实体单元。

其次,由于齿轮箱的结构相对复杂,为了方便划分网格,作者选用Solid186,这个单元带中间节点的四面体单元,属于第二类实体单元。

齿轮箱网格划分模型,静力学分析是一种常用的分析方法,通过有限元分析可以得出齿轮箱的应变云图和应力云图,并通过分析得出结构不足的地方。

在有限元分析中,一共要施加两个约束,一个是轴承箱体连接约束,另一个是螺栓连接约束。

螺栓约束是将箱体固定住,也就是固定了箱体在X、Y、Z三个方向的移动和方向的转动。

在轴承箱体连接的位置,我们设定为三个方向的反作用力。

动力学分析主要是用来分析时变载荷对整个零件结构和总部件的影响,其中时变载荷常在阻尼及惯性效应的作用下作用。

用ANSYS软件中的模态分析可以精确求出结构中的固有频率和振型。

齿轮箱动力学分析主要是看低阶频率段的振型。

因为实际情况中机械结构在低频段更容易与外界环境产生共振,造成的影响也比高频段共振产生的影响大,本文进行的模态分析是在ANSYS中进行的。

行星齿轮减速器介绍及其优化方法

第一部分：减速器历史发展介绍减速器技术的发展始于20世纪70年代，成熟于20世纪80年代。

在减速器发展初期，产品以高可靠性，高速化，低噪声和小型化为目标，开发出一系列技术：功率分支技术、硬齿面技术、模块化设计技术等等。

在80年代，各项技术在国外都逐渐成熟，硬齿面技术使得硬齿面齿轮的综合承载能力达到普通齿轮的3~5倍，精度不低于6级，且重量有所减轻，传动噪声低等目标也得到较好的实现。

功率分支技术主要应用于行星齿轮减速器中，该技术的核心是均载。

在通用的减速器中，普遍采用的技术主要是硬齿面技术和模块化技术。

模块化技术主要是针对规模效益而制定的，在保证高性能的前提下，减少零件的种类，从而达到批量生产的目的。

在基本规格的零件种类上可以进行变型设计，从通用的系列中派生出一些专用系列，扩大使用范围。

减速器发展的促进因素主要有：齿轮材料和热处理技术的水平提高、箱体的刚度和加工精度提高、结构设计合理、轴承的寿命和质量的提高、理论知识完善、润滑油的质量提高等等。

在国内，改革开放后，积极汲取国外的先进技术并引进加工设备，使得我国在齿轮加工方面有了大幅度的进步，得到了高精度，高速并可用于大功率装置的齿轮，这为我国的减速器的发展打下了坚实的基础。

自20世纪80年代末开始，我国在减速器方面大幅度发展，完成了许多减速器标准的制定，并同时自主研制了许多新型的减速器，直到20世纪90年代中后期，我国基本上实现了通用减速器的革新。

硬齿面技术也逐渐应用于部分减速器，使得减速器的体积和质量有明显的减小，在可靠性、使用寿命等各项性能方面都有了大幅度的提高，使得主机的水平也有所提高，对机械行业起了促进发展的作用。

在20世纪90年代中后期，国外在减速器方面有有所创新，在模块化的基础上，实现了在外观质量、承载能力、总体水平各方面的提高。

我国在应对技术差距时，采用了以下对策：1.国内的高新技术产业应向国际最先进的水平看齐，尽快研发适应21世纪的新时代产品，完成技术上的突破2.在新齿形和新结构的研发、推广上发力，争取研制出成本较低，承载能力又好的产品3.大力发展行星齿轮减速器技术4.控制好减速器的质量问题，在材料热处理，装配试验等各加工环节入手，提高现有产品质量5.在外观设计和涂漆水平上进行提高6.在配套装置的质量上进行加强第二部分：减速器现状介绍国外减速器发展现状：在新技术革命的促进下，国外的减速器技术在20世纪70-80年代的得到了大幅度的发展，目前主要丹麦、德国和日本的减速器处于领先，其减速器在制造工艺和材料方面有很大的优势。

行星齿轮减速器仿真及有限元研究

行星齿轮减速器仿真及有限元研究随着工业科技的不断发展，行星齿轮减速器在许多领域中的应用越来越广泛。

为了优化其设计和性能，提高其使用寿命和效率，研究人员正在不断寻求更精确的仿真方法和有限元分析技术。

本文将探讨行星齿轮减速器的仿真研究以及有限元分析的重要性，并介绍一些相关的最新研究进展。

行星齿轮减速器是一种精密的机械装置，它由一系列的齿轮和轴组成，可以大幅度地降低输入转速，同时增加扭矩。

行星齿轮减速器被广泛应用于各种工业领域，如化工、电力、钢铁、矿山等，它已经成为许多大型设备的重要组件。

仿真研究是行星齿轮减速器设计过程中的重要环节。

通过仿真，设计师可以预测并评估减速器的性能，优化其设计。

近年来，计算机技术的快速发展为仿真研究提供了强大的工具。

使用计算机建模和仿真软件，设计师可以模拟减速器的运行情况，观察其动力学行为，评估齿轮的强度、疲劳寿命等关键性能指标。

有限元分析（FEA）是一种数值计算方法，它可以将复杂的系统分解成许多小的单元，通过数学模型描述每个单元的行为，然后对所有单元进行综合分析。

在行星齿轮减速器的设计中，有限元分析可以帮助设计师精确地预测齿轮的应力和变形。

通过有限元分析，设计师可以在产品设计阶段找出潜在的问题，如应力集中、疲劳等，从而进行优化。

随着科技的不断发展，行星齿轮减速器的仿真和有限元分析技术将会更加精确和高效。

未来，设计师将需要结合新的材料科学、制造技术以及智能传感器等新技术，对减速器的性能进行更全面的评估和优化。

同时，还需要深入研究行星齿轮减速器的动态行为以及疲劳寿命等关键问题，以提高其运行效率和使用寿命。

行星齿轮减速器的仿真及有限元研究对于优化其设计和性能具有重要意义。

通过先进的仿真技术和有限元分析，设计师可以更好地理解减速器的运行机制，预测其性能，优化其设计。

随着科技的不断发展，我们期待在未来的研究中看到更加精确、高效的仿真和有限元分析方法，以推动行星齿轮减速器技术的进一步发展。

以有限元为基础的减速器可靠性分析与优化设计论文康旭机械班

齿轮减速器箱体有限元分析设计一、有限元的基本理论：1•有限元基本原理：有限元分析方法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷情况）进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。

由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。

2.有限元的一些基本知识：自由度用于描述一个物理场的响应特性，如结构的自由度位移，热自由度温度，电自由度电位，流体自由度压力，磁自由度磁位等。

节点是指空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。

信息是通过单元之间的公共节点传递的。

单元是指一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚体或系数矩阵）。

单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。

有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定的载荷，是真实系统理想化的数学抽象。

每个单元的特性是通过特性是通过一些线性方程式来描述的。

作为一个整体，单元形成了整体机构的数学模型。

有限元法分为位移法，力法，混合法。

二、减速器箱体的有限元分析：1•减速器介绍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。

虽在工作中减速器壳体破坏的可能性比较小，但它的刚性对减速器运转的平稳性起着决定作用，而且影响齿轮和轴承的工作状况。

采用有限元结构分析软件对其进行强度、刚度计算，可获得减速器壳体在最大载荷作用下各部位的应力和变形的分布情况。

利用ANS YS软件对减速器壳体进行有限元分析，找出最大应力和变形发生点，分析可靠性，并通过调整加强筋的数量和位置，使减速器壳变形最小，合理布置筋板，减轻减速器重量。

行星齿轮减速器优化设计方法及应用

Ｖ ‘ ｄ【＾ＪＰ
则上式变为：ｍ６Ａ ’ 。
，丌
建立目标函数（建模）再加上其约束条件（载并求，加
解）的方法，能保证齿轮最佳参数组合，同时降低成
则约束函数）：Ａ－ ‘ ＞。一：ｈ－０
（）３约束条件
约束条件有强度条件、行星轮邻接条件、其它边
界条件、齿面接触疲劳强度条件（对外啮合齿轮一
经过查表，据＝１．００５，相近两个齿根７０８选０４
４和２，宽圆整为９０齿７和９，数为５和６经８模，副，一对内啮合齿轮副）相同的条件下，。在内啮合齿数１０ｂ＝９，＝５是最佳。目标函数７ｍ得轮齿面强度高于外啮合齿轮副，所以以外啮合齿轮计算对比得Ｚ＝２，
法对行星减速器进行优化设计，通过实例说明，用数学优化法可以得到更加优化的结果。并采
关键词：星减速器；学优化法；行数优化设计
中图分类号：Ｈ１２４Ｔ３．６文献标识码：Ａ文章编号：６２５５（０２）００２ — ２１７ —４Ｘ２１１— ０００
建立的，约束条件一般有不等式约束：（）０ ≥ 和等式约束：＝。（）０
（）计变量１设
当行星轮个数ｋ确定后，减速器体积取决于齿
收稿日期：０２０ — ２２１ — ７１基金项目：湖南省教育厅项目（目编号：Ｃ５１项１０８）０作者简介：彬（９４，，谭１７一）女湖南衡南人，讲师，研究方向为：机械设计。２０

行星齿轮减速器传动机构优化设计

摘要行星齿轮减速器是原动机和工作机之间的独立封闭传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的要求，行星齿轮传动与普通齿轮传动相比, 具有结构紧凑、体积小、重量轻、效率高、传动比大等优点, 因此得到了广泛的应用。

但是在国内在研究生产行星齿轮减速器方面还存在一定局限，为了适应生产发展需要，本论文通过初步分析行星齿轮减速器的总体结构设计，为行星齿轮减速器的进一步研制和开发提供理论依据。

论文首先介绍了行星齿轮减速器的特点和要求，并对国内外行星齿轮减速器的发展现状和发展前景作了分析。

结合目前存在的行星齿轮传动原理以及生产上对行星齿轮减速器技术要求进行了初步分析，并通过设计和计算，完成了减速器的零件设计，整体设计，初步确定了行星齿轮减速器总体结构设计。

为行星齿轮减速器产品的开发和性。

能评价，实现行星齿轮减速器规模化生产提供了参考和理论依据。

关键词: 减速器行星齿轮优化设计Title Planetary gear-type speed reducerAbstractPlanetary gear reducer is the prime mover and an independent closed between gear to reduce speed and increase torque in order to meet the requirements of a variety of mechanical work, planetary gear transmission as compared with ordinary gear drive with compact structure, small size, light weight, high efficiency, the transmission ratio advantages, it has been widely used. However, in domestic production in the study of planetary gear reducer that there are still some limitations, in order to meet the development needs of production, a preliminary analysis of this thesis through the planetary gear reducer overall structural design, planetary gear reducer for further research and development and provide a theoretical basis.Paper introduces the characteristics of planetary gear reducer and demands at home and abroad and the development of planetary gear reducer and development prospects of the status quo analyzed. Combination of existing principles of planetary gear transmission and the production of planetary gear reducer on the technical requirements of a preliminary analysis, and through the design and calculation of the parts to complete the design of the reducer, the overall design, initially set the overall structure of planetary gear reducer design . Planetary gear reducer for product development and performance evaluation of planetary gear reducer to achieve large-scale production to provide a reference and theoretical basis.Keywords: Reducer planetary gear reducer planetary gear drive.目录摘要 (I)ABSTRACT........................................................... I I 绪论.. (1)1．1 齿轮传动的发展简介 (1)1．2 行星齿轮的发展及特点 (1)1．3 机械优化设计的发展概况 (4)1．4行星齿轮的设计任务 (5)2、行星轮系的设计 (6)2. 1 行星轮系类型的选择 (6)2.2 行星轮系各轮齿数的确定 (6)2.3 行星轮系的均载装置 (9)2.4 行星齿轮传动的受力分析及强度计算 (9)2.5 行星齿轮的传统设计 (12)3、行星齿轮减速器优化设计 (14)3.1 行星齿轮减速器的数学模型 (14)3.2 优化方法及原理 (16)3.3 行星齿轮的约束优化方法 (18)4、VISUAL BASIC程序简要说明 (23)4.1 变量和数组 (23)4.2 Visual Basic控制结构 (24)4.3优化程序的简要说明 (28)5、结果与分析 (29)结构计算 (30)致谢........................................... 错误！未定义书签。

基于有限元分析法的减速器的优化设计解读

基于有限元分析法的减速器的优化设计采煤机截割减速器是动力源与工作装置之间的联接部分,承受着较大的力的传递作用。

其工作环境的恶劣性和产品设计的复杂性导致其常常出现因产品设计的不合理而导致的减速器齿轮箱共振破坏或应力破坏现象发生。

因此,应用动力学有关方法对齿轮箱体进行动态特性分析及优化设计已成为一个重要研究课题。

随着计算机技术和计算力学、计算数学等理论的发展,计算机辅助工程分析(CAE)越来越受到工程设计人员的重视。

其中有限元技术又是CAE的关键技术。

因此,将有限元技术应用到新产品的研发设计上,用先进的设计方法指导产品的结构设计,使其在满足强度和刚度要求的前提下达到质量、体积的最优化,目前已经是可行的,甚至是必然的设计方法。

这对提高产品质量、降低成本、缩短产品设计周期都具有十分重要的意义。

本论文以某厂研制的新型采煤机截割减速器齿轮箱为研究对象,应用有限元方法分析该齿轮箱体的动态特性,力图减轻其设计缺陷将可能引起的共振破坏或应力破坏现象发生,并以箱体的重量最轻为目标,进行满足静刚度和强度条件下的箱体参数优化,以期达到产品优化设计要求。

本文将开展如下研究,第一章主要提出课题的选题背景及意义,统观目前国内外的有关齿轮箱的研究成果,提出自己的研究方法和内容;第二章基于有限元方法的数学机理及其应用方法,在AWE (ANSYS Workbench Environment)环境下对减速器齿轮箱体进行有限元静力学分析,通过箱体的应力分布云图和位移分布云图分析齿轮箱体的刚度和强度,以期通过改变箱体厚度参数以达到减重优化的目的;第三章应用三维建模软件Pro/E的强大建模功能建立起减速器齿轮箱的CAD模型,通过它与有限元分析软件间ANSYS Workbench之间的无缝接口导入并对其进行动态特性分析。

通过箱体模态分析以得到箱体结构的固有频率和各阶振型等模态参数。

并从动态设计角度,提出相应改进措施;第四章对该减速器齿轮箱进行参数优化设计。

行星减速器齿轮轴有限元的分析与优化

行星齿轮减速器齿轮轴的有限元分析和优化镇江技师学院蔡紫清1. 齿轮轴几何参数的初选通过常规设计方法设计计算出齿轮轴的几何参数，齿轮轴的齿形为渐开线直齿。

分配减速器传动比，计算齿轮模数，并根据传动比条件、同心条件、装配条件和邻接条件确定齿轮的齿数。

齿轮轴的齿轮基本参数如表1所示。

2. 齿轮轴的三维建模利用ANSYS模块建立齿轮轴模型，如图1所示（去掉网格后的实体模型）。

2.1 网格划分网格划分越密集，计算结果越精确，但是这会使计算时间加长。

单元网格的划分采用ANSYS自带的3D四面体自动网格划分，单元尺寸为3mm。

网格划分情况如图1所示。

图1：齿轮轴的网络划分2.2 定义材料特性齿轮轴材料选择20Cr，其材料属性如下：质量密度 7.850e3kg/m^3，杨氏模量205000N/mm^2（MPa），泊松比0.29，屈服强度等于540N/mm^2（MPa）。

2.3 施加约束和载荷齿轮轴两端由两个滚子轴承支撑，限制了空间5个自由度，只允许转动。

本论文只考虑齿轮轴齿轮处的应力进而对其进行优化，所以为齿轮轴加载荷及约束，安装轴承处加圆柱形约束，在轴端即与联轴器相连处施加大小为175.083N·m的扭矩。

约束和载荷施加情况如图2所示。

图2 齿轮轴的载荷施加2.4 求解和结果查看ANSYS软件的结构分析模块提供了强大的后处理功能，可以自动生成计算分析报告。

齿轮轴的Von Mises应力图如图3所示。

单元节点最大应力为325.8MPa，基本接近材料屈服强度的60%。

总体来说，输出轴在强度方面不仅满足了设计要求，而且还有很大的裕量，材料的承载能力并没有得到充分的利用，这为齿轮轴的优化提供了很大的空间。

图3 Von Mises应力图3. 齿轮轴的优化设计目标：最小化模型重量设计约束：模型 Von Mises 应力，上限=320000.000000设计变量：a：：p53，初值=38.000000，下限=32.000000，上限=38.000000 最大迭代次数：20优化结果如图4，图5所示。

二级减速器齿轮传动性能分析和修形优化设计

二、齿轮传动的基本原理和影响因素
齿轮传动的基本原理是利用两个相邻的齿轮之间的啮合作用，将一个齿轮的旋转运动传递到另一个齿轮上。在二级减速器中，通常采用斜齿圆柱齿轮或直齿圆柱齿轮作为传动元件。影响齿轮传动性能的主要因素包括齿轮的材料、制造精度、安装精度、润滑条件等。
三、二级减速器齿轮传动性能分析
三、二级减速器齿轮传动性能分析
为了评估二级减速器齿轮传动的性能，我们进行了一系列实验和数据分析。首先，我们选取了不同型号的二级减速器进行实验，记录了其在不同转速下的输出扭矩和噪音水平。然后，对这些数据进行分析，发现不同型号的二级减速器在性能上存在差异。其中，一些减速器的输出扭矩较大，但噪音水平较高；而另一些减速器的输出扭矩较小，但噪音水平较低。
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3、降低噪音：通过优化修形参数，可以降低减速器运行过程中的噪音，改善工作环境。
4、提高承载能力：合理设计修形参数可以提高减速器的承载能力，适应更高载荷的需求。
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四、修形优化设计的方案
四、修形优化设计的方案
1、优化齿轮材料和制造工艺：选择具有高强度、高硬度和低摩擦系数的材料作为齿轮材料，如硬齿面钢或渗碳淬火钢。同时，采用先进的制造工艺，如精锻、热处理等，提高齿轮的制造精度和耐磨性。
四、修形优化设计的方案
2、调整啮合刚度：通过改变齿轮的模数、压力角或螺旋角等参数，调整齿轮的啮合刚度。适当增加模数和压力角可以增加齿轮的啮合刚度，从而提高输出扭矩。但同时需要注意避免过大的模数和压力角导致齿根应力集中问题。
研究现状
研究现状
二级行星齿轮减速器在国内外得到了广泛应用，其性能不断提升。目前，国内外对于二级行星齿轮减速器的研究主要集中在结构设计、材料选择、制造工艺等方面。其中，齿向修形优化设计作为一种提高减速器性能的重要方法，越来越受到。

用UG NX对减速器进行有限元分析和优化

1 引言
齿轮减速器被广泛应用于各类机械产品和装备中，因此，研究提高其承载能力，延长其使用寿命，减小其体积和质量等问题，具有重要的经济意义。对减速器进行优化设计，选择其最佳参数是提高承载能力，减轻重量和降低成本等各项指标的一种重要途径 [1 ] 。减速器设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个国家的工业水平，因此开拓和发展减速器技术在我国有广阔的前景。
有限元分析[4,5]（FEA，Finite Element Analysis）将物体划分成有限个单元，这些单元之间通过有限个节点相互连接，单元看作是不可变形的刚体，单元之间的力通过节点传递，然后利用能量原理建立各单元矩阵；在输入材料特性、载荷和约束等边界条件后，利用计算机进行物体变形、应力和温度场等力学特性的计算，最后对计算结果进行分析，显示变形后物体的形状及应力分布图。
由于产品设计质量要求日益提高和设计周期日益缩短，传统设计已不能适应工业发展的需要。作为产品开发和更新的第一关是如何极大地缩短设计周期、提高设计质量和降低设计成本已成为企业生存的生命线，从而引起广大企业和设计师的高度重视。特别是 CAD/CAM 以及 CIMS（计算机集成制造系统）的发展，使优化设计成为当代不可缺少的技术和环节。用优化设计方法来改造传统设计方法已成为竞相研究和推广并可带来重大变革的发展战略，优化设计在设计领域中开拓了新的途径。
机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，以电子计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。机械优化设计把传统的机械设计方法和现代设计方法（最优化方法）有机结合起来，去寻求机械工程的最优方案。
机械优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法与程序两方面的内容。由于机械优化设计是应用数学方法寻求机械设计的最优方案，所以首先要根据实际的机械设计问题建立相应的数学模型，即用数学形式来描述实际设计问题。在建立数学模型时，需要应用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标，确立各设计变量之间的相互关系等。机械优化设计问题的数学模型可以是解析式、试验数据或经验公式。虽然它们给出的形式不同，但都是反映设计变量之间的数量关系。

基于有限元法的减速器齿轮轴校核

基于有限元法的减速器齿轮轴校核减速器是一种常用的工业装置,其结构中包含齿轮轴等重要部件。

齿轮轴是具有传动功效的重要部件,其工作负载和安全要求非常高,因此需要进行严格的校核设计。

本文将基于有限元法,对减速器齿轮轴进行校核,探讨一些相关问题。

第一部分:减速器齿轮轴结构分析首先,对于减速器齿轮轴的结构进行分析。

减速器齿轮轴通常由几个基本部件组成:轴颈、轴肩、齿轮与油槽等。

其中,轴颈处的受力最大,轴颈处受到传递的力矩和径向负载,轴肩处主要受到径向载荷和扭转矩的作用。

然后,使用有限元法对减速器齿轮轴进行模拟分析。

在有限元分析中,根据齿轮轴结构进行网格划分,然后根据材料力学性能和载荷作用,分析各结构部件的应力、变形情况,并确定其是否满足设计要求。

在网格划分过程中,应注意网格的合理性和划分密度的准确性,以保证分析结果的准确性和可靠性。

第二部分:减速器齿轮轴校核流程其次,介绍减速器齿轮轴的校核流程。

减速器齿轮轴的校核主要包括材料选用、设计负荷计算、应力和根数校核等。

在校核过程中,应根据不同的应力类型进行分类计算,包括轴颈、轴肩和齿根等部位的应力。

对于应力值较大的部位,还需要进行有限元分析,以检查其应力和变形情况。

第三部分:减速器齿轮轴校核参数及计算方法最后,介绍减速器齿轮轴的校核参数及计算方法。

在校核过程中,必须知道齿轮轴的材料力学性能、载荷条件和几何尺寸等参数,以确定校核计算的基础信息。

根据国家标准和有关规定,对于不同工作条件下的减速器齿轮轴,有不同的校核方法。

通常,在齿轮轴的应力、变形和根数校核中,应采用式子、查表和有限元法等方法进行计算。

总结:减速器齿轮轴的校核是一项重要的工作,根据有限元法进行齿轮轴的分析,对减速器齿轮轴的校核有重要的帮助。

减速器齿轮轴校核过程中,应注意校核流程的技术要求,合理选择校核方法,选用适当的材料,以确保减速器齿轮轴具有稳定的工作性能和安全可靠的使用寿命。