基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪優化設計

韓靈全

摘 要：Marc有限元分析指的是高級非線性有限元分析模塊，在該模塊造型功能的基礎上，能夠實體產業項目中所需要的部件進行優化設計，應用Marc有限元分析軟件能夠解決復雜的工程問題，從而滿足實際的生產需要，而且，還能夠為高等級的學術項目研究提供幫助。本文就Marc有限元分析軟件的基本應用情況進行闡述，并剖析基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪優化設計內容，以期為同類型設計項目的完善帶來有益的借鑒。

關鍵詞：Marc有限元分析；二級減速器齒輪；優化；設計

前言

運用Marc有限元分析方法，是在以往所采用的靜態分析的基礎上，針對二級減速器齒輪進行優化設計。在這一過程中，是以二級減速器齒輪的體積等目標函數為依據，以齒輪的結構尺寸以及該物件所允許的應力為基礎條件，構建了較為科學化的數學模型，憑借Marc有限元分析軟件的功能，將復雜的物件結構處理進行優化，從而達到了升級設計程序的目標，能夠在一定程度上保證其所分析設計出來的結果符合要求。

1.淺析Marc有限元分析軟件

Marc有限元分析實際上利用的是功能齊全的高級非線性有限元軟件來實現的，因該軟件有著較強的結構性分析能力，往往一些復雜的分析就依靠它來完成，諸如：“線性（非線性）靜力分析”、“模態分析”、“頻譜分析”以及“動力響應分析”等等，其分析結果能夠滿足時下工業領域以及學術界的需求，為實踐及項目研究過程提供高質量且層次豐富的資料。

2.基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪設計的內容

通過研究傳統設計方案中的二級減速器齒輪設計內容，并找尋設計當中所出現的實際問題，并針對其中所出現的問題進行處理，從實踐過程來看，基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪優化設計方案較為可行，其中的諸多設計方案為實際項目研究帶來了有益的幫助，而且，還為工業領域的生產部件的制備提供了高精度的設計方案，從而實現高質量生產，在這其中，“二級減速器齒輪”的優化設計內容就是在Marc有限元分析軟件的基礎上得來的[1]。

2.1傳統設計方案中的二級減速器齒輪設計內容

機械減速器物件是機器當中的重要構成部分，其功能是將“原動機”的運動與動力傳遞給“工作機”，在整個操作的過程中依靠二級減速器齒輪的功能來完成，在其作用下，改變了“原動機”的運動速度及狀態等指標，從而順應當前“工作機”的實際需求[2]。在以往，該環節的設計是依據機械減速器齒輪的靜態分析結果來進行的，盡管該方法能夠滿足待設計物件的結構尺寸要求，但其精度往往不夠，由此可見，傳統設計方案仍需優化改進。從總體設計過程來看，鑒于變速器齒輪的建模、分析以及優化策略都大致趨同，所以都采用的是自由網格形式來進行齒輪劃分，進而完成參數化有限元模型的設計。

2.2基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪優化設計內容

如若想要針對二級減速器齒輪部件進行優化設計，則采用Marc有限元分析軟件是不錯的選擇，因其會為整個部件的設計提供最有效的設計方案，從而保證在實際生產制備該類型部件時，盡可能達到高質量、低成本的理想化目標。從具體的操作過程來看，基于Marc有限元分析的二級減速器齒輪優化設計方案較為可行，因該類型設計的結果較傳統分析結果更為精準，使設計目標在滿足結構尺寸以及許用應力的基礎上，物件的體積大小最為合理[3]。與此同時，對整個物件制備結果的預想也極為重要，就比如，在進行齒輪制備及安裝之前，可以對齒輪安裝孔表面上的節點進行零位移束縛，而無需考量齒輪設計以后的制造誤差等意外狀況所能對其產生的影響，因其在設計環節中已經執行了預估處理。

齒輪的根部所受到的應力為整個齒輪當中受力最大的部位，因此，在進行優化設計的過程中，已經將齒輪根部的結構進行加固處理，同時，為了降低實際生產的物料成本，將設計方案當中的材料改為“腹板式”設計模式。從現實的角度來看，由于二級減速器齒輪的參數化模型的建立過程較為復雜，在傳統的分析方法下就往往達不到高速運算分析的要求，實際上，Marc軟件分析結果的呈現極為快速，而且，還可以針對某些細節部分的設計內容進行優化設計處理，從而保證部件的總體設計質量優良[4]。在Marc有限元分析的基礎上，齒輪的參數化有限元模型的構建過程較以往有所簡化，所以，它可以在第一時間對整個機器系統操作過程中的載荷進行求解，從而將減速器齒輪的載荷按照齒輪傳遞過程中的轉矩壓力進行二次施壓[5]。但盡管如此，鑒于Marc軟件分析的結果的精度較高，則無需擔心齒輪的制造誤差的出現或是在安裝過程中出現問題，因其載荷能力是符合標準的。

3.結束語

通過對二級減速器齒輪的傳統設計依據及其結果的分析，并結合二級減速器齒輪在機器中的重要作用，了解到該類型機械性能的實際要求，并在Marc軟件分析結果的基礎上，進一步優化了二級減速器齒輪物件的設計方案。在實踐過程中發現，基于Marc軟件分析結果的二級減速器齒輪設計內容較為合理，因其實在較為精準的結構設計的基礎上完成的，設計方案能夠為實際生產帶來了較為有力的幫助。

參考文獻：

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[3]李永亮.連軋管機減速器齒輪軸端部螺栓安全使用壽命分析[J].CAD/CAM與制造業信息化，2014，11（11）：43-45.

[4]王同慶，王文武.基于UG的行星齒輪減速器齒輪軸的有限元分析和優化[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2013，02（02）：304-305.

[5]張爭艷，陳定方，沈文勝，等.基于混合非線性規劃的混合式齒輪減速器離散優化設計[J].中國機械工程，2011，12（23）：2778-2780.