基于Workbench蝸輪蝸桿減速器中傳動(dòng)設(shè)計(jì)

苗君明

遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院（ 沈陽(yáng) 110161）

0 引言

Workbench在CAE 功能上引領(lǐng)現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)科技，涉及的內(nèi)容包括：高級(jí)分析、網(wǎng)格劃分、優(yōu)化、多物理場(chǎng)和多體動(dòng)力學(xué)。

ANSYS 在 Workbench平臺(tái)下融合了更多的ANSYS的核心技術(shù)，提供了這些產(chǎn)品集成化的解決方案，提高了用戶的生產(chǎn)力。Workbench是第一個(gè)除結(jié)構(gòu)分析能力外，又具備電磁分析能力、以及業(yè)界領(lǐng)先的CFD及網(wǎng)格劃分技術(shù)（CFX和 ICEM CFD）的 ANSYS軟件版本。并且，Workbench還豐富了材料庫(kù)，兌現(xiàn)了ANSYS公司對(duì)客戶的承諾，也就是，針對(duì)市場(chǎng)提供集成化、模塊化、可擴(kuò)展的工程仿真解決方案。

在 Workbench的界面下，在統(tǒng)一的環(huán)境中輕松完成整個(gè)CFD仿真流程。就如同一件精美的藝術(shù)品，用戶可以通過它來完成CAD的數(shù)據(jù)讀取、幾何處理、網(wǎng)格劃分、物理環(huán)境設(shè)置、求解控制以及后處理，而不再需要在完全不同的產(chǎn)品中切換和處理數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1.1 蝸輪蝸桿減速器要求參數(shù)

蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)要求牽引力(F)：3KN，速度(V)：0.45m/s。

1.2 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)選擇蝸桿的傳動(dòng)類型

根據(jù)GB/T10085-1988采用漸開線蝸桿。

(2)選擇材料

(3)蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)

模數(shù)m=5

蝸桿頭數(shù) z1=2

蝸輪齒數(shù) z2=41

蝸輪變位系數(shù) X2=-0.5

蝸桿分度圓導(dǎo)程角r= 1 1°18′36′′

直徑系數(shù)q=10.0

則計(jì)算如下

蝸桿軸向齒距

蝸桿導(dǎo)程

蝸桿分度圓直徑

蝸桿齒頂圓直徑

頂隙c=c*m=0.25×5=1.25mm

蝸桿齒根圓直徑

漸開線蝸桿基圓直徑

蝸桿齒根高

蝸桿齒高

蝸桿齒寬

1.3 應(yīng)力分析

(1)蝸輪軸上受力

輸出端鍵槽受力F=1273.33N

(2)蝸桿軸的受力

即輸入端鍵槽受力F0=F=820N

蝸桿上的受力

蝸桿軸鍵槽受力F=Ft=8311.2N

1.4 Workbench軟件的有限元分析

Workbench軟件的應(yīng)用主要是對(duì)二級(jí)減減速器的三根軸進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，其中軸的建模在 SolidWorks三維軟件中完成然后導(dǎo)入到Workbench軟件中進(jìn)行有限元分析。

減速器裝配與工作過程中，各軸與軸承以及相應(yīng)的齒輪配合。同時(shí)承受著它們作用在軸上的軸向、周向、徑向三個(gè)方向的應(yīng)力。在分析過程中，軸向力轉(zhuǎn)化為作用在軸上的一對(duì)力偶，周向力轉(zhuǎn)化為作用在鍵槽內(nèi)側(cè)的其中一個(gè)面上的應(yīng)力，徑向力則轉(zhuǎn)化為作用在鍵槽所在的半圓柱面上的應(yīng)力。這樣便能符合 Workbench軟件的分析條件。將這些力施加到對(duì)應(yīng)的面上以后進(jìn)行求解，得出結(jié)果。

圖1-圖6為利用三維分析軟件Workbench對(duì)蝸輪蝸桿減速器的軸進(jìn)行校核的圖示結(jié)果。

圖1 蝸桿軸網(wǎng)格圖

圖2 蝸桿軸等效應(yīng)力

圖3 蝸桿軸變形

圖4 蝸輪軸網(wǎng)格圖

圖5 蝸輪軸等效應(yīng)力

圖6 蝸輪軸變形

2 結(jié)論

應(yīng)用 Workbench進(jìn)行強(qiáng)度校核過程中，將齒輪的周向力及輸入輸出扭矩轉(zhuǎn)化為軸上鍵槽內(nèi)側(cè)面的均布力，分析結(jié)果中在該處產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，該處的應(yīng)力值偏大，因此這與傳統(tǒng)的軸的應(yīng)力校核結(jié)果出現(xiàn)一定偏，排除由于應(yīng)力集中引起的偏差，軸的強(qiáng)度校核結(jié)果均滿足強(qiáng)度要求。因此，應(yīng)用Workbench進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，不僅可以直觀的觀察到應(yīng)力在各周段的分布情況，而且可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度校核的目的，比傳統(tǒng)的強(qiáng)度校核方法更合理，更方便。

[1]巫少龍,張?jiān)?基于ANSYSWorkbench的高速電主軸動(dòng)力學(xué)特性分析.設(shè)計(jì)與研究,2010(9).

[2]李兵,何正嘉等.Ansys Workbench設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化.北京：清華大學(xué)出版社,2008.

[3]周春平,張開林.高速動(dòng)車組萬向節(jié)傳動(dòng)軸花鍵接觸分析.設(shè)計(jì)與研究,2008(8).