ansys的减速器有限元分析(附件)
减速器的结构复杂，力学分析很重要，一般通过有限元对其结构进行分析。本文首先选用一级直齿圆柱齿轮减速器，并选用合理的电动机，计算得到减速器的输入扭矩，然后运用SolidWorks对减速器整体的和单独对内部传动系统的进行实体3D建模，导入到ANSYS Workbench中，并利用ANSYS Workbench 对减速器中齿轮与齿轮轴的装配体模型进行静力分析，最后再利用ANSYS Workbench 对减速器的整体进行自由模态分析。通过对减速器中齿轮与齿轮轴的装配体的静力分析得出大齿轮应力集中在齿面接触处，齿轮轴应力集中在键槽处，对减速器整体的自由模态分析得出最大弯曲变形部分体现在小齿轮轴的最远端，弯曲是减速器主要的受损形式。关键词 减速器，静力学分析，模态分析，有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 减速器概述 1
1.2 减速器国内外发展现状 1
1.2.1 国外减速器发展现状 1
1.2.2 国内减速器发展现状 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题任务 2
2 SolidWorks软件系统 3
2.1 SOLIDWORKS软件的简介 3
2.2 SOLIDWORKS的软件构架 3
2.2.1 Infrastructure（基础结构）模块 3
2.2.2 Mechanical Design（机械设计）模块 4
2.2.3 Shape（曲面造型）模块 4
2.2.4 /（分析与仿真模块） 4
2.2.5 Machine加工模块 4
3 有限元理论和分析软件 4
3.1 有限元法 4
3.1.1 什么是有限元法 4
3.1.2 有限元法的发展 5
3.2 有限元法分析步骤 5
3.3 ANSYS与ANSYS Workbench 的介绍 6
3.4 静力分析 7
3.4.1 静力分析简介 7
3.4.2 静力分析基本步骤 7
3.5 模态分析 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.5.1 模态分析简介 8
3.5.2 模态分析的步骤 8
3.5.3 模态分析的计算 8
4 一级圆柱减速器参数计算 9
4.1 电动机类型的选择 9
4.1.1 选择电动机的类型和结构形式 9
4.1.2 确定电动机的功率 10
4.1.3 确定电动机转速 10
4.2 确定电动机型号 11
4.3 计算各级分配下的总传动比和传动比 11
4.3.1 传动系统的总传动比 11
4.3.2 分配各级传动比 12
4.4 运动参数及动力参数计算 12
4.4.1 计算各轴的输入功率（kw） 12
4.4.2 计算各轴转速（r/min） 12
4.4.3 计算各轴扭矩（Nmm） 12
5 减速器齿轮传动静力学分析 13
5.1 齿轮传动有限元模型建立 13
5.2 定义单元类型 13
5.3 定义材料属性 14
5.4 对实体模型进行网格划分 15
5.5 约束载荷的施加 16
5.6 静力分析结果 17
6 减速器模态分析 19
6.1 减速器有限元模型的构架 19
6.2 减速器模型的构建 21
6.3 有限元模态分析设置 21
6.4 减速器自由模态分析过程 22
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1.1 减速器概述
在日常生活中，减速器被应用在多个领域，随处可以看到它被使用。比如，你在外出行时，汽车的手动档和自动档就是一种多级减速器；在城市规划施工时打地器的换挡也是一种小型的减速器；当我们在网上购物时，快递通过中转站中在传送带上运输时，传送带的转动就是依靠着减速器。这样的例子还有很多，可见减速器早已经融入了我们的生活。一个机器想向另一个机器传输比自己低的转速时就要用到减速器，减速器还可以传递转矩。而减速器是封闭的，是独立的机器，可以按照所需的要求进行相应的安装，来达到所需的减速的目的。
1.2 减速器国内外发展现状
1.2.1 国外减速器发展现状
早在19401950年间就出现减速器，其中最具代表性的国家就是美国；而到了19601970年间减速器的发展则集中在了一些工业历史较悠久的国家如德国和日本等；随着19801990年间计算机技术和传感器的迅速发展，减速器的发展也发生了质的变化。进入千禧年后，减速器由于制造业的进步和工业向着自动化方向的发展，应用的方向也指向了人工机器人领域，整个产业的发展开始智能化。
减速器帮助机械传动，因为这个特性使它在多个行业中得到使用。然而现如今的减速器还存在着很多问题，如占用空间大、质量大、传动比大导致机械效率过低等等。减速器的生产一直是工业发达的国家作为领头羊，毕竟他们的工业历史悠久，技术领先地位很难撼动。就比如丹麦、德国、日本等国的减速器，他们所生产减速器的制造工艺精良，材料品质优越，增加了减速器的耐用期限，而且工作状态更加稳定。而在2015年时，英国媒体就爆出美国将低密度超音速减速器用来登陆火星时延缓降落，美国航天技术领先，他们也把减速器运用在了航天飞机上，可以使大载荷装置在火星表面能够安全着落，并且在较高海拔处也能平稳着陆。2017年时世界著名精密减速生产商纳博特斯克在RS机器人展上展出了RV系列精密减速器产品。
1.2.2 国内减速器发展现状
在1960年期间，我国对减速器的生产标准进行了规范。而在此之前，中国的减速器的生产在世界处于落后阶段。基本无力生产高精度复杂的减速器，大部分减速器还需要依赖于向那些工业发达国家（如德国、日本、丹麦等国家）进口，进口的成本高，拖慢了我国的发展脚步。但是，新中国建立以后，国家大大重视了工业发展，我国减速器的发展产生了质的飞跃，第一个五年计划后我国已经可以自主生产减速器了，从而看出了我国工业的潜力。尽管现在与德、日、美等国技术还有很大差距。但是我国仍在奋起直追。中外合资企业的涌现更是加快了我国减速器发展的速度。2011年，SEW中国公司在新品发布会上推出多个新型减速器。2017年在上海举行的法士特新品发布会上，法士特公司推出FC6A180液力自动变速器。同年的6月15日，银川威力传动技术股份有限公司发布了回转减速器。而也是同年，11月8日海尚集团在上海举办发布会，自主研发的矢量摆线减速机（SD）问世，引起了行业内的广泛关注。
目 录
1 引言 1
1.1 减速器概述 1
1.2 减速器国内外发展现状 1
1.2.1 国外减速器发展现状 1
1.2.2 国内减速器发展现状 1
1.3 课题研究意义 2
1.4 课题任务 2
2 SolidWorks软件系统 3
2.1 SOLIDWORKS软件的简介 3
2.2 SOLIDWORKS的软件构架 3
2.2.1 Infrastructure（基础结构）模块 3
2.2.2 Mechanical Design（机械设计）模块 4
2.2.3 Shape（曲面造型）模块 4
2.2.4 /（分析与仿真模块） 4
2.2.5 Machine加工模块 4
3 有限元理论和分析软件 4
3.1 有限元法 4
3.1.1 什么是有限元法 4
3.1.2 有限元法的发展 5
3.2 有限元法分析步骤 5
3.3 ANSYS与ANSYS Workbench 的介绍 6
3.4 静力分析 7
3.4.1 静力分析简介 7
3.4.2 静力分析基本步骤 7
3.5 模态分析 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
3.5.1 模态分析简介 8
3.5.2 模态分析的步骤 8
3.5.3 模态分析的计算 8
4 一级圆柱减速器参数计算 9
4.1 电动机类型的选择 9
4.1.1 选择电动机的类型和结构形式 9
4.1.2 确定电动机的功率 10
4.1.3 确定电动机转速 10
4.2 确定电动机型号 11
4.3 计算各级分配下的总传动比和传动比 11
4.3.1 传动系统的总传动比 11
4.3.2 分配各级传动比 12
4.4 运动参数及动力参数计算 12
4.4.1 计算各轴的输入功率（kw） 12
4.4.2 计算各轴转速（r/min） 12
4.4.3 计算各轴扭矩（Nmm） 12
5 减速器齿轮传动静力学分析 13
5.1 齿轮传动有限元模型建立 13
5.2 定义单元类型 13
5.3 定义材料属性 14
5.4 对实体模型进行网格划分 15
5.5 约束载荷的施加 16
5.6 静力分析结果 17
6 减速器模态分析 19
6.1 减速器有限元模型的构架 19
6.2 减速器模型的构建 21
6.3 有限元模态分析设置 21
6.4 减速器自由模态分析过程 22
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
1.1 减速器概述
在日常生活中，减速器被应用在多个领域，随处可以看到它被使用。比如，你在外出行时，汽车的手动档和自动档就是一种多级减速器；在城市规划施工时打地器的换挡也是一种小型的减速器；当我们在网上购物时，快递通过中转站中在传送带上运输时，传送带的转动就是依靠着减速器。这样的例子还有很多，可见减速器早已经融入了我们的生活。一个机器想向另一个机器传输比自己低的转速时就要用到减速器，减速器还可以传递转矩。而减速器是封闭的，是独立的机器，可以按照所需的要求进行相应的安装，来达到所需的减速的目的。
1.2 减速器国内外发展现状
1.2.1 国外减速器发展现状
早在19401950年间就出现减速器，其中最具代表性的国家就是美国；而到了19601970年间减速器的发展则集中在了一些工业历史较悠久的国家如德国和日本等；随着19801990年间计算机技术和传感器的迅速发展，减速器的发展也发生了质的变化。进入千禧年后，减速器由于制造业的进步和工业向着自动化方向的发展，应用的方向也指向了人工机器人领域，整个产业的发展开始智能化。
减速器帮助机械传动，因为这个特性使它在多个行业中得到使用。然而现如今的减速器还存在着很多问题，如占用空间大、质量大、传动比大导致机械效率过低等等。减速器的生产一直是工业发达的国家作为领头羊，毕竟他们的工业历史悠久，技术领先地位很难撼动。就比如丹麦、德国、日本等国的减速器，他们所生产减速器的制造工艺精良，材料品质优越，增加了减速器的耐用期限，而且工作状态更加稳定。而在2015年时，英国媒体就爆出美国将低密度超音速减速器用来登陆火星时延缓降落，美国航天技术领先，他们也把减速器运用在了航天飞机上，可以使大载荷装置在火星表面能够安全着落，并且在较高海拔处也能平稳着陆。2017年时世界著名精密减速生产商纳博特斯克在RS机器人展上展出了RV系列精密减速器产品。
1.2.2 国内减速器发展现状
在1960年期间，我国对减速器的生产标准进行了规范。而在此之前，中国的减速器的生产在世界处于落后阶段。基本无力生产高精度复杂的减速器，大部分减速器还需要依赖于向那些工业发达国家（如德国、日本、丹麦等国家）进口，进口的成本高，拖慢了我国的发展脚步。但是，新中国建立以后，国家大大重视了工业发展，我国减速器的发展产生了质的飞跃，第一个五年计划后我国已经可以自主生产减速器了，从而看出了我国工业的潜力。尽管现在与德、日、美等国技术还有很大差距。但是我国仍在奋起直追。中外合资企业的涌现更是加快了我国减速器发展的速度。2011年，SEW中国公司在新品发布会上推出多个新型减速器。2017年在上海举行的法士特新品发布会上，法士特公司推出FC6A180液力自动变速器。同年的6月15日，银川威力传动技术股份有限公司发布了回转减速器。而也是同年，11月8日海尚集团在上海举办发布会，自主研发的矢量摆线减速机（SD）问世，引起了行业内的广泛关注。
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