有限元分析在齿轮优化中的应用

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Abaqus分析报告

（齿轮轴）

名称： Abaqus齿轮轴

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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。 .

Word 资料 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。

齿轮强度校核的新方法(图文)

论文导读：使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析，可对齿轮的强度设计提供可靠的根据，实现变速器齿轮的计算机辅助设计，能够加快设计进程、缩短研制周期、提高设计质量。本文应用了APDL，即ANSYS参数化设计语言（ANSYSParametricDesignLanguage），设计直齿圆柱齿轮模块与应用ANSYS有限元软件进行有限元分析方面，做一些初步的探索。关键词：ANSYS，直齿圆柱齿轮，接触应力，齿根弯曲应力

0引 言

齿轮作为在机械结构中经常用到的重要的传动零件，其强度直接影响到整个机械结构的工作性能与寿命，然而在传统齿轮设计中，齿轮的强度校核过程与设计过程要紧是通过人工设计完成，计算繁琐，设计周期长且难以实现优化设计。

本文使用有限元分析法对渐开线标准圆柱直齿轮进行接触应力与齿根弯曲应力进行分析计算。同时在有限元分析中,对AYSYS[1]软件进行二次开发，即应用了APDL[2]语言，自动实现了齿轮的参数精确建模 ，自习惯网格划分与有限元强度分析。

最后与传统经典方法进行了对比分析,证明了本方法的准确性。具有实际操作性与推广价值。论文发表。

1.齿轮强度分析的基本要求

在机械专业中，减速机是要紧的重要的传动机构，而齿轮传动是其中最常见的实现方式。论文发表。因此齿轮零件的设计就显得尤为重要。其中齿轮应力强度校核是齿轮结构设计的前提，只有相互啮合的齿轮通过了接触与弯曲强度校核计算，才能进行齿轮结构设计。当然相互啮合的齿轮种类十分繁杂。这里我们为方便起见，只考虑渐开线标准圆柱直齿轮的问题。

传统的应力强度校核计算十分烦琐，需要查阅机械设计手册中大量的数据（包含图形与图表）。而传动机构中往往是多对齿轮啮合，其中有一对不符合要求，整个计算就得重来，耗费了设计者大量的精力。

因此借助计算机及相应软件完成对齿轮的优化设计十分必要。使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析，可对齿轮的强度设计提供可靠的根据，实现变速器齿轮的计算机辅助设计，能够加快设计进程、缩短研制周期、提高设计质量。

２００８年第２期（总第１５９期）　安徽建筑　１０５　

有限元分析在工程中的应用　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＥＭ　ｔｏ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　

张传峰（兖矿集团东华建设有限公司建安分公司，山东邹城２７３５００）　

摘要：文章￣５－ｘ￣厚承台的非线性有限元分析结果，研究了厚承台的传力杌理。研究发现厚承台的传力杌理符合空间桁架模型理论。在分析了　厚承台承栽力的主要影响因素的基础上提出斜压杆承载力和拉杆承载力的计算公式，采用拉压杆模型计算了厚承台的极限承载力，算得承台的　

承栽力与试验结果吻合较好。　关键词：厚承台；传力杌理；空间桁架；斜压杆；拉杆；拉压杆模型　中图分类号：ＴＵ１７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００７－７３５９（２００６）０２－０１０５一Ｏ３　

Ｚｈａｎｇ　Ｃｈｕａｎｆｅｎｇ　ｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｏｕｅｈｅｎｇ　２７３５００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＨＯｌｉｎｅｓｓ＂ＦＥＭ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋ　ｐｉｌｅ　ｃａｐ，ｆｏｒｃｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｉｔ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ＣＯｕｆｏＩＴａｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｔｒｕｓｓ　ｍｏｄｅ１．Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｔｈａｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｐｉｌｅ　ｃａｐｓ，ｔｈｅ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｔｏ　

ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｔｓ　ａｎｄ　ｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ　ｕｌｔｉｍａｔｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｃａｐ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｔｒｕｔ—ａｎｄ－ｔｉｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　

船舶齿轮传动轴的温度场分析与优化

船舶齿轮传动轴作为船舶主要动力传动组件之一，在航行中承受着巨大的负荷和力矩。由于传动轴工作时会产生大量的摩擦热量，温度的升高可能会对传动轴的工作性能和寿命产生不良影响。因此，对船舶齿轮传动轴的温度场进行分析与优化是非常重要的。

1. 温度场分析

船舶齿轮传动轴的温度场分析可以通过有限元分析方法来进行。有限元分析方法是一种常用的工程计算方法，通过将连续物体离散为有限数量的单元，在每个单元内求解物体的温度场分布。对于船舶齿轮传动轴的温度场分析，可以选择三维有限元分析进行，以考虑轴的几何形状和整体温度分布。

在温度场分析中，需要考虑的因素包括轴材料的热导率、轴材料的传热系数、轴表面的辐射热传输和对流热传输等。通过对这些因素的综合考虑，可以得到船舶齿轮传动轴在运行过程中的温度场分布。

2. 温度场优化

温度场优化是指在分析得到温度场分布后，结合实际工作条件和要求，对船舶齿轮传动轴的传热性能进行改进和优化的过程。

首先，可以考虑通过改进轴材料的导热性能来提高整体的传热效果。选择具有较高热导率的材料，可以增加传热速度和传热量，降低轴的工作温度，提高传动轴的工作效率。

其次，可以考虑通过优化传动轴的结构形式来改善传热条件。例如，在传动轴的表面增加散热鳍片或加装散热器等器件，以增加传热表面积，提高对流传热效果，进一步降低轴的工作温度。 此外，还可以考虑通过增加润滑油的供给和冷却来改善传动轴的工作条件。合适的润滑油供给系统可以在轴承和齿轮传动处形成一层保护膜，减少摩擦，降低温度。同时，增加冷却系统的冷却效果，可以有效降低轴的工作温度。

最后，通过模拟和实测温度场分布，结合优化措施的效果评估，可以对船舶齿轮传动轴进行进一步改进和优化。

3. 优化效果评估

在进行船舶齿轮传动轴温度场优化的过程中，需要进行优化效果的评估。可以通过实测和模拟温度场分布，与优化前的情况进行比对分析，评估优化措施的实际效果。