基于AnsysWorkbench的减速器箱体应力分析

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基于ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ的减速器箱体应力分析

陈义东１，

钱明佺２，

王想连

１

（１．中国联合工程公司，杭州３１００２２；２．江苏省特种设备安全监督检验研究院连云港分院，江苏连云港２２２００４）

摘要：齿轮箱的静动态特性直接影响其结构强度及传动性能。用Ｐｒｏ／Ｅ软件建模，采用有限元法建立中心传动齿轮箱

有限元静力学分析模型，用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ１０．０软件对箱体及其内部传动结构进行分析，得到位移和应力分布以及箱体的结构强度、受力状况，为箱体的优化设计提供帮助。

关键词：有限元法；减速箱；结构强度；应力中图分类号：ＴＰ３９１．７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２－２３３３（２００７）１１－０１０３－０２

Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ作为ＡＮＳＹＳ的新一代多物理场协同ＣＡＥ仿真环境，其独特的产品架构和众多的支撑性产品

模块为各种类型研发机构的复杂ＣＡＥ应用提供了非常优秀的协同环境。如果直接将ＣＡＤ的模型导入ＡＮＳＹＳ会丢失很多几何信息，效果不好。现在Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ可以解决此问题，因为它和大部分大型ＣＡＤ软件是无缝连接的，求解的时候调用ＡＮＳＹＳ的求解器。

本模型为整体式齿轮箱及其内部啮合机构，由箱体、齿轮、传动轴、轴承、轴承套和连接盘组成，其特点是齿轮箱体为整体式，箱体的轴端孔较大，可装入齿轮和齿轮整体式齿轮箱具有结构轴，齿轮轴布置方式为水平布置。

简单、紧凑，体积小的特点；整体式的设计提高了箱体刚度，保证了箱体加工精度，使齿轮传动更加平稳，具有降低噪声和使用寿命长等优点。

从力学模型看，减速箱与内部啮合部件属于典型的面—面接触。接触问题涉及应力集中，属于不定边界问普通方法难以得到其工作过题，是一种高度非线性行为。

程中真实的受力及变形等。文中应用非线性有限元理论，对减速箱及其内部结合结构进行了接触受力的分析，为减速箱结构进一步改进，提供了理论依据。

啮合处；轴与轴承之间的作用力也忽略不计，在Ｐｒｏ／Ｅ建模过程中直接处理为一个整体。其中，将齿轮简化成分度圆柱体，轴承简化为圆柱体，将模型由Ｐｒｏ／Ｅ直接读入

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ，并定义各个实体的材料常数，如表１

所示。

表１

名称减速箱齿轮轴、齿轮轴承输出轴

材料

材料列表

泊松比

密度／ｋｇ ｍｍ－３

弹性模量Ｅ／ＭＰａ

ＨＴ２５０２０ＣｒＭｎＴｉ轴承钢

１０５１．１２３×２．１×１０５１．１６×１０５２．０９×１０５

０．３０．３０．２３０．２６９

７．２９×１０－６７．８×１０－６７．８×１０－６７．８×１０－６

４５钢

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件自动识别所有接触表面，只

需确定识别出的接触表面是否是我们所需要和关心的部位，并确定接触类型和接触方式。减速器箱体和内部零件（ｂｏｎｄｅｄ）。接触都设置为绑定接触

２约束

箱体底部固定；轴承外圈与减速器箱体的轴承孔接触；重点对减速箱整体作分析，因此不考虑齿轮啮合处接触。

３载荷

１建模（１）考虑箱体自身的重力，整体施加惯性载荷，即在定义材料属性时必须定义密度；

（２）第一根传动轴内表面输入转矩；

（３）将齿轮对轴的载荷视为作用于轮毂宽度上的分布载荷。

两齿轮啮合齿廓间的作用力简化为作用于大小齿轮分度圆柱体上的３个方向的力：切向力Ｆｔ，径向力Ｆｒ，轴

某型减速箱有４对啮合齿轮，前３对齿轮转速比为

１３／４０，输出轴齿轮转速比为１，输入轴转速１４４０ｒ／ｍｉｎ，输

入功率１１ｋＷ。

对减速器箱体、齿轮及轴承用Ｐｒｏ／Ｅ软件建模。由于重点是对减速箱进行应力分析，因此不考虑齿轮的啮合接触分析问题，将齿轮啮合所产生的力直接作用在齿轮

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!［２］杨然兵，宋景玲，张瑞娟，等．斜齿圆柱齿轮参数化造型设计方［６］赵姗姗，李宗斌，等．一种新的装配序列规划方法研究［Ｊ］．西安

法［Ｊ］．山东理工大学学报，２００４，１８（２）：４２－４５．［３］［４］［５］

郭颖红，王兆远．ＳｏｌｉｄＥｄｇｅＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ开发出门［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１．

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交通大学学报，２００７，４１（５）：５８０－５８３．

（编辑立

明）

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作者简介：杨然兵（１９７９－），男，博士研究生，主要研究方向为机械

ＣＡＤ技术。

尚书旗（１９５８－），男，教授，博士生导师，主要研究方向为现代机械制造技术。

收稿日期：２００７－０８－１１

机械工程师２００７年第１１期

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