齿轮轴的静力学有限元分析

微车主减速器准双曲面齿轮静力学有限元分析近年来,随着微车技术的迅猛发展,人们生活质量的提高,顾客对微车乘坐的舒适性要求也越来越高。

微车后桥主减速器的振动是影响舒适性的主要因素之一。

准双曲面齿轮是主减速器的重要组成部分,具有传动平稳、冲击和噪音比较小、承载能力强和寿命长等优点,所以在汽车后桥中应用更加广泛。

准双曲面齿轮的振动是后桥振动的主要原因,减小后桥振动的关键在于提高齿轮的加工,装配质量。

如果该对齿轮在材料的处理、零件制造、装配和磨合等环节的处理未完全到位时,微车齿轮副在啮合工作过程中,会产生振动和噪声,严重时会影响微车运行的平稳性及乘员乘坐的舒适性。

本文从实际出发,分析准双曲面齿轮的动态特性,同时对准双曲面齿轮的装配误差进行分析研究,对于降低微车后桥主减速器的振动和噪声具有十分重要的意义。

本文在充分了解国内外研究现状的基础上,从模态分析和接触分析两个方面,对准双曲面齿轮进行分析研究,并通过实验验证分析结论。

本文先介绍了WLT系统的硬件系统和软件系统,根据此系统测试出了准双曲面齿轮的固有频率,并计算出后桥齿轮和轴承在各种故障下振动的特征频率,而齿轮的固有频率远离正常工作范围,证明了后桥不会发生共振。

再根据切齿加工原理,建立了准双曲面齿轮模型,并进行虚拟装配,干涉检查,为后面分析提供精确的模型。

然后,对整个齿轮进行模态分析,得出齿轮的固有频率和六阶振型,为结构设计提供可靠依据,进而进行优化设计,并通过上述实验验证了理论分析结论。

最后,分别按照正常装配位置,以及存在较大中心距误差情况下的装配位置,分别对一对齿轮进行接触分析,分析齿轮的接触应力变化规律,并观察齿轮内部应力云图,同时可以得到齿面接触区形状。

通过接触区测试,分析中心距误差及轴线偏斜等误差对接触区的影响,为齿轮设计提供参考。

最后,对全文进行了总结和展望。

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基于ANSYS的齿轮静强度有限元分析0 引言作为工业领域中不可或缺的配件,齿轮在汽车、航空、冶金、矿山等行业的应用越来越广泛。

齿轮在工作过程中，主要起到啮合传递作用，同时齿轮也承受各种载荷，齿轮的强度对整个传动系统有着至关重要的影响，如果齿轮强度设计不当，在工作过程中齿轮失效会导致整个传动系统无法正常工作，甚至会引起其他部件的连锁失效，同时由于齿轮长时间处于交变荷载或冲击荷载的作用,因而对于其变形和强度的分析显得尤为重要。

有限单元法是利用电子计算机进行数值模拟分析的方法,ANSYS 软件作为一个功能强大、应用广泛的有限元分析软件,不仅有几何建模的模块,而且也支持其他主流三维建模软件,目前在工程技术领域中的应用十分广泛,其有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。

在数学中，有限元法（FEM，Finite Element Method）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。

求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的，这种简单部分就称作有限元。

它通过变分方法，使得误差函数达到最小值并产生稳定解。

类比于连接多段微小直线逼近圆的思想，有限元法包含了一切可能的方法，这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来，并用其去估计更大区域上的复杂方程。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发。

它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

Abaqus分析报告（齿轮轴）名称： Abaqus齿轮轴姓名：班级：学号：指导教师：一、简介所分析齿轮轴来自一种齿轮泵，通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。

齿轮轴装配结构图如图1，分析图1中较长的齿轮轴。

图1.齿轮轴装配结构图二、模型建立与分析通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型，并对其进行分析。

1.part针对该齿轮轴，拟定使用可变型的3D实体单元，挤压成型方式。

2.材料属性材料为钢材，弹性模量210Gpa，泊松比0.3。

3.截面属性截面类型定义为solid，homogeneous。

4.组装组装时选择dependent方式。

5.建立分析步本例用通用分析中的静态通用分析（Static，General）。

6.施加边界条件与载荷对于齿轮轴，因为采用静力学分析，考虑到前端盖、轴套约束，而且根据理论，对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。

边界条件：分别在三个轴径突变处采用固定约束，如图2。

载荷：在Abaqus中约束类型为pressure，载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面，根据实际平衡情况，两力所产生的绕轴线的力矩方向相反，大小按比例分配。

均布载荷比计算：矩形键槽数据：长度：8mm、宽度：5mm、高度：3mm、键槽所在轴半径：7mm键槽压力面积：S1 = 8x3=24mm2 平均受力半径：R1=6.5mm齿轮数据：=齿轮分度圆半径：R2 =14.7mm、压力角：20°、单个齿轮受力面积：S2 ≈72mm2通过理论计算分析，S1xR1xP1=S2xR2xP2，其中，P1为键槽均布载荷幅值，P2为齿轮均布载荷幅值。

键槽均布载荷幅值和齿轮均布载荷幅值之比约为P1：P2≈6.3 。

取键槽均布载荷幅值为1260,齿轮载荷幅值为200.由于键槽不是平面，所以需要切割，再施加均布载荷。

图3 键槽载荷施加比较保守考虑，此处齿轮载荷只施加到一个齿轮上。

Abaqus分析报告（齿轮轴）名称：Abaqus齿轮轴姓名：班级：学号：指导教师：一、简介所分析齿轮轴来自一种齿轮泵，通过用abaqus软件对齿轮轴进行有限元分析和优化。

齿轮轴装配结构图如图1，分析图1中较长的齿轮轴。

图1.齿轮轴装配结构图二、模型建立与分析通过part、property、Assembly、step、Load、Mesh、Job等步骤建立齿轮轴模型，并对其进行分析。

1.part针对该齿轮轴，拟定使用可变型的3D实体单元，挤压成型方式。

2.材料属性材料为钢材，弹性模量210Gpa，泊松比0.3。

3.截面属性截面类型定义为solid，homogeneous。

4.组装组装时选择dependent方式。

5.建立分析步本例用通用分析中的静态通用分析（Static，General）。

6.施加边界条件与载荷对于齿轮轴，因为采用静力学分析，考虑到前端盖、轴套约束，而且根据理论，对受力部分和轴径突变的部分进行重点分析。

边界条件：分别在三个轴径突变处采用固定约束，如图2。

载荷：在Abaqus中约束类型为pressure，载荷类型为均布载荷,分别施加到齿轮接触面和键槽面，根据实际平衡情况，两力所产生的绕轴线的力矩方向相反，大小按比例分配。

均布载荷比计算：矩形键槽数据：长度：8mm、宽度：5mm、高度：3mm、键槽所在轴半径：7mm 键槽压力面积：S1 = 8x3=24mm2 平均受力半径：R1=6.5mm齿轮数据：=齿轮分度圆半径：R2 =14.7mm、压力角：20°、单个齿轮受力面积：S2 ≈72mm2通过理论计算分析，S1xR1xP1=S2xR2xP2，其中，P1为键槽均布载荷幅值，P2为齿轮均布载荷幅值。

键槽均布载荷幅值和齿轮均布载荷幅值之比约为P1：P2≈6.3 。

取键槽均布载荷幅值为1260,齿轮载荷幅值为200.由于键槽不是平面，所以需要切割，再施加均布载荷。

图3 键槽载荷施加比较保守考虑，此处齿轮载荷只施加到一个齿轮上。

齿轮有限元分析引言有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，用于通过将复杂的结构分割为简单的有限元，利用力学原理进行计算和分析。

它在工程领域得到了广泛的应用，齿轮有限元分析便是其中之一。

齿轮是一种常见的传动装置，广泛应用于机械、汽车、冶金等领域。

传统的齿轮设计方法主要依赖于经验和试错，效果难以保证。

而有限元分析能够通过数值计算对齿轮进行全面的力学分析，为齿轮的设计与优化提供有力支持。

齿轮有限元分析原理齿轮有限元分析的基本原理是将齿轮进行离散化，将其分解为多个小块，每个小块称为一个有限元。

然后根据有限元理论，建立有限元模型。

将齿轮的物理性质、边界条件等输入有限元模型，并进行求解，得到齿轮的应力、变形等相关结果。

在齿轮有限元分析中，需要考虑的因素包括载荷、齿轮的几何形状、材料参数等。

其中载荷可以分为静态载荷和动态载荷，可以通过实际工况和使用要求确定。

几何形状是指齿轮的轮齿形状、齿顶高度、齿距等。

材料参数包括齿轮的弹性模量、泊松比等。

齿轮有限元分析采用有限元软件进行计算，常见的有ABAQUS、ANSYS、Nastran等。

通过建立合理的有限元模型和适当的边界条件，可以得到齿轮的应力分布、变形情况等结果，从而评估齿轮在工作过程中的可靠性。

齿轮有限元分析的应用齿轮有限元分析在齿轮设计与优化中扮演着重要的角色。

它能够帮助工程师更全面地了解齿轮在工作条件下的应力分布、变形情况，从而为设计提供指导。

具体应用包括以下几个方面：齿轮受力分析通过齿轮有限元分析，可以得到齿轮在受到静态或动态载荷作用时的应力分布情况。

这可以帮助工程师判断齿轮在工作过程中是否存在应力集中现象，以及是否满足材料的强度要求。

在设计中，可以根据这些分析结果调整齿轮的几何形状或材料参数，以提高齿轮的可靠性和寿命。

齿轮变形分析齿轮在受到载荷作用时，会发生一定的变形。

通过齿轮有限元分析，可以计算齿轮的变形情况，包括齿轮的轴向变形、径向变形等。

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。

齿轮传动轴的静载与冲击载荷分析与优化齿轮传动作为一种常见的机械传动方式，在许多领域中得到广泛应用。

齿轮传动的轴承载荷会直接影响传动系统的可靠性和寿命。

因此，对齿轮传动轴的静载与冲击载荷进行分析与优化，对于提高传动系统的性能具有重要意义。

1. 齿轮传动轴静载分析齿轮传动轴的静载分析是齿轮传动系统设计的基础。

静载是指齿轮在正常运转时所承受的载荷，包括径向力、切向力和轴向力等。

为了确保齿轮传动轴在长时间运行过程中不发生破坏或变形，需要对静载进行准确的分析和计算。

静载分析的关键是确定各种载荷的大小和方向。

在实际工程中，可以通过根据齿轮传动的传动比、额定功率和工作环境等参数确定每个齿轮承受的载荷大小。

然后，根据轴的几何形状和材料特性，结合应力分析理论，计算齿轮传动轴的静载。

为了优化齿轮传动轴的静载，可以采取以下措施：- 合理选择轴材料，确保强度和刚度满足要求；- 对轴的几何形状进行优化设计，降低载荷集中度，减小应力集中；- 考虑对轴进行表面强化处理，提高其抗疲劳性能。

2. 齿轮传动轴冲击载荷分析除了静载外，齿轮传动轴还会承受突发的冲击载荷，如启动和停止时的冲击载荷。

冲击载荷会导致齿轮传动轴发生瞬时应力集中，从而增加轴的疲劳破坏的风险。

因此，对齿轮传动轴的冲击载荷进行分析与优化，对于提高传动系统的寿命和可靠性至关重要。

冲击载荷分析的关键是确定冲击载荷的大小和作用时间。

启动和停止时的冲击载荷主要取决于齿轮传动系统的惯性力和驱动力矩。

可以通过实验、仿真或理论分析等方法获得。

在对冲击载荷进行分析时，需要考虑冲击载荷的作用位置和方向。

通常情况下，冲击载荷在齿轮齿距处施加。

然后，可以利用有限元分析等方法计算齿轮传动轴在冲击载荷下的应力分布和变形情况。

为了优化齿轮传动轴的冲击载荷，可以采取以下措施：- 合理设计齿轮传动系统的布局，减小冲击载荷的大小；- 选择合适的材料和热处理方法，提高轴的抗冲击载荷能力；- 对齿轮传动轴进行优化设计，减小应力集中。

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ABAQUS的轴承—齿轮系统静力学分析摘要:文章利用ABAQUS建立了轴承—齿轮系统的静态有限元模型,通过该模型的应力分布云图和位移分布云图,提出了一些优化改进轴承—齿轮系统结构的方案和措施。

关键词:轴承—齿轮系统;ABAQUS;有限元法中图分类号:TN957.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0013-02 现代战争对雷达的性能要求越来越高,轴承—齿轮系统作为雷达的关键基础构件对其性能有重要影响。

这就要求人们采用现代设计方法对雷达的关键基础构件进行设计,通过有限元方法,设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因素,在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然,从而为产品改进设计提供了有效的技术途径,并大大减少了物理样机试制的时间和研制经费的投入,提高了设计效率。

1研究方法及理论依据轴承—齿轮系统作为天线运动的载体,以底座为基础,包括横滚、俯仰和方位三个互相垂直的旋转运动,工作原理见图1。

横滚转动为第一级运动,俯仰转动为第二级运动,方位转动为第三级运动。

天线安装在方位部分的天线托架上,随着方位部分一起转动。

方位部分的运动是主要运动,带动天线以一定的转速进行扫描,横滚部分和俯仰部分的运动只用来调整扫描的区域范围。

系统通过对电机进行合理的控制,使轴承—齿轮系统的三个轴以一定的转速转动或转到某个角度。

在3个轴的运动合成下,天线可完成对一定区域的扫描。

图1轴承—齿轮系统工作原理图轴承—齿轮系统的每一级运动都由一个独立的伺服电机驱动。

伺服电机经过两级齿轮减速,最后输出到轴承—齿轮系统的每一个轴上。

在横滚的传动中,电机和减速部分固定不动,只有横滚转体转动;而在俯仰和方位的传动中,伺服电机和减速部分跟着转体一起绕轴转动。

2轴承—齿轮系统有限元模型建立该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主,还有少部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。

利用Hypermesh统计该模型有111 850个单元,132 053个节点。

齿轮箱主轴的静强度有限元分析摘要：本文研究的对象是工程机械领域广泛应用的挖掘机用行走齿轮箱，行走齿轮箱的最大承载力集中在主轴上，将挖掘机的吨位参数转化为齿轮箱主轴受力约束条件，然后进行静强度有限元计算可以更准确的控制齿轮箱主轴的尺寸，在保证可靠性的同时让整个齿轮箱重量更轻。

关键词：齿轮箱主轴静强度计算有限元分析0引言随着工程机械领域挖掘机市场竞争的日益激烈，挖掘机的机型升级换代明显加快，近年来，大吨位挖掘机的主要零部件如行走齿轮箱等开始逐步国产化，以前基本全部依靠进口，出于成本的压力开始采用国产齿轮箱作为替代产品，主机厂希望通过保质降本目的，打造出“网红”机型增加市场占有率。

作为挖掘机重要的组成部分——行走齿轮箱在其中起着重要的关键作用，行走齿轮箱是挖掘机行走和提供径向支撑力的主要部件，而在齿轮箱中主轴是承载径向力及轴向力的主要零件，也是整个齿轮箱中成本较高的零件之一，为了提高机械性能，材料一般以锻造工艺为主。

国内目前在大吨位齿轮箱国产化方面自主设计的经验相对较少，更多的经验是在小型挖掘机上，以往的设计理念是由于对成本的控制没有过于严苛的要求，并且挖掘机工况相对比较复杂，行业内一般没有载荷谱，因此主机客户无法给出准确承载数据，为了保证承载能力满足使用要求，通常会粗略的计算并给予很高的安全系数，保证产品不会过载和失效。

然而随着对齿轮箱成本控制的提高和对承载力的更高要求，粗略计算显然已经无法满足使用需求，本文意在通过对挖掘机承载能力的分析给出齿轮箱受力边界条件并进行有限元分析，为了保证有限元计算的准确性，分析时加入了与主轴相关连零件，如齿圈、轴承座、轴承等。

1.几何模型建立1.1有限元分析中使用的坐标系本文中使用的坐标系如图1-1所示：图1-齿轮箱坐标系 齿轮箱坐标系的原点位于法兰连接面的圆心。

X 轴—沿着输入轴的方向指向齿圈；Y 轴—根据右手定则确定；Z 轴—竖直向上。

1.2有限元分析时使用的单位表1 有限元分析中使用的单位1.3材料参数表2 材料参数1.4几何模型行走齿轮箱中的主轴是承载挖掘机径向支撑力的主要部件，并且是输入、输出扭矩的关键部件，还需要承受从轴承座传递来的驱动链轮作用力，受力情况较复杂，无法通过工程算法进行强度校核，一般采用有限元法进行强度校核。

基于ANSYS的齿轮结构静力分析摘要：本文基于强度分析的原理，利用三维建模软件SOLIDWORKS建立好齿轮模型，然后转换格式利用Pro/E和ANSYS接口，将齿轮模型导入到ANSYS 中，从而在一定的载荷和约束作用下对齿轮进行强度分析。

强度分析有动态分析和静态分析两种，本文只进行静态分析，分析齿轮的应力应变集中的地方是否合理，并从分析所得到的数据中研究其最大应力是否满足要求，从而完成对齿轮的结构静力分析。

关键词：强度分析ANSYS 有限元分析齿轮结构1前言齿轮机构可以用来传递任意两轴之间的运动，其传递准确可靠，效率很高，而且齿轮机构是传统和现代机械中应用最为广泛的一种传动机构[1]。

在各种零件失效的形式中，齿轮也是最容易出现失效的常见零件之一。

而且零件的结构强度分析关系到所设计的机器能否正常工作并达到一定的使用要求，因此对齿轮的强度进行分析是很有必要的。

强度分析的目的主要是分析零件的结构强度是否满足要求，分析所用的数据或图表的来源既可以是一些经验公式分析后得到的，也可以是从一些相关的强度分析软件中得到。

一般的齿轮都是渐开线齿廓，可以利用相关的软件进行建模，如本文采用了美国参数技术公司开发的建模软件Pro/E 进行齿轮建模，然后再导入ANSYS进行强度分析。

2有限元模型的建立2.1 几何模型的建立齿轮的基本参数齿轮：模数m=2.5mm，齿数z=33，压力角α=25°，为正常齿制的齿轮，h*a=1，c*=0.25，齿宽b=94mm。

为了更加简便的建模，首先使用SOLIDWORKS软件将齿轮的三维实模型建立好。

而且由于是结构静力分析，载荷往往只在一个齿上，为了使分析效率有所提高，又可以节约计算机的分析时间，根据圣维南原理，可将模型进行一定的简化。

如图2-1所示。

2.2 模型的导入2.2.1ANSYS简介伴随有限元方法理论的发展，为了更好的使用有限元方法理论进行工程问题的分析求解，一些大型软件应运而生，其中就包括了ANSYS。

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。

课程论文封面课程名称：结构分析的计算机方法论文题目：齿轮轴3的静力学有限元分析学生学号：学生姓名：任课教师：学位类别：学硕目录1. HyperMesh软件介绍..................... 错误!未定义书签。

HyperMesh简介 ....................... 错误!未定义书签。

HyperMesh的优势...................... 错误!未定义书签。

2. 齿轮轴3的理论分析.................... 错误!未定义书签。

齿轮轴3的平面简图................... 错误!未定义书签。

齿轮轴3的受力分析................... 错误!未定义书签。

3. 齿轮轴3的三维建模.................... 错误!未定义书签。

插入斜齿轮........................... 错误!未定义书签。

绘制轴的三维模型..................... 错误!未定义书签。

4.齿轮轴3的有限元分析................... 错误!未定义书签。

几何模型的编辑....................... 错误!未定义书签。

网格划分............................. 错误!未定义书签。

材料属性和单元属性的创建............. 错误!未定义书签。

施加约束和载荷....................... 错误!未定义书签。

求解计算和结果分析................... 错误!未定义书签。

1. HyperMesh软件介绍HyperMesh简介HyperMesh 是一个高质量高效率的有限元前处理器，它提供了高度交互的可视化环境帮助用户建立产品的有限元模型。

其开放的架构提供了最广泛的CAD 、CAE 和CFD 软件接口，并且支持用户自定义，从而可以与任何仿真环境无缝集成。