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基于ANSYS的减速箱中轴有限元静力分析
作者：李博来源：《求知导刊》2015年第03期
摘要：本文在ANSYS软件中建立了减速箱中输出轴模型，在约束条件下对模型进行加载，同时对模型进行有限元静力分析，即位移分析和应力分析。证明齿轮减速箱可能发生的故障原因与输出轴的刚度、强度无关，还要考虑其动载情况。关键词：有限元；减速箱；静力分析一、静力分析概述静力分析是计算由于稳态外载引起的系统的应变、应力或位移1，也就是所谓的结构响应。结构静力分析还可以计算近似等价为静力作用的随时间变化的载荷和固定不变的惯性载荷对结构的影响。在分析过程中，通常令载荷和响应固定不变。施加的载荷一般包括：外部载荷、惯性载荷、位移载荷和温度载荷2。二、输出轴的有限元模型本文的减速器的输出轴材料为45号钢，输出轴总长为100mm，最大直径16mm，最小直径8mm。弹性模量是206000MPa，泊松比033。本文采用实体建模法来建立有限元模型。建模过程为4：利用截面尺寸生成若干个矩形区域，通过布尔运算合并矩形区域，从而形成一个完整的面；采用图形用户界面人工控制，对面进行映射网格划分；通过旋转二维面网格从而得到轴的三维映射网格有限元模型。在有限元模型的建立过程中，为了使模型的建立清晰、准确、明了，减少运算量。一般情况下，我们忽略轴上键槽及退刀槽，从而减少不重要同时麻烦的细节处理，可以减少工作量，对输出轴有限元模型的建立具有实际应用的作用。三、边界约束条件及加载施加约束的原则是，既要保证消除结构的刚体位移，又不影响输出轴的自由变形，在此条件下施加适当的约束。在对输出轴进行边界条件约束时，根据轴承座的固定方式和实际工作情况，对输出轴左端轴承处绕Y、Z轴的转动固定和X、Y、Z轴方向的位移固定。另外，因为该输出轴为低速轴，在右端的轴承处固定其绕X轴方向的转动。
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在减速箱工作过程中，输出轴主要承受径向力，包括输出轴上齿轮所传递的径向力和负载所产生的径向力。设输出功率为200W，转数为1300转，计算得出齿轮传给轴的扭矩为35672Nmm。本文主要考虑输出轴的位移和应力，所加的载荷按额定功率的25倍来计算，采用直接法进行求解。四、结果后处理及分析根据强度理论，材料发生断裂破坏或塑性变形的条件是应力值达到材料的强度极限或屈服极限。轴类零件应保证其结构强度，即输出轴各部分的应力值不能超过材料的许用应力极限。（1）r