基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计.pdf

Ac a d em i c 学术 基于 M a r c有限元分析的二级减速器齿轮优 化设计 韩灵全 ( 0 3 0 0 2 4 太原科技大学 山西太原 ) 摘要：Ma r c 有限元分析指的是高级非线性有限元分析模块 ， 在该模块造型功能的基础上 ， 能够实体产业项目中所需要的部件 进行优化设计 ， 应用 Ma r c 有限元分析软件能够解决复杂的工程问题 ， 从而满足实际的生产需要 ， 而且 ， 还能够为高等级的学术 项目研究提供帮助。本文就 Ma r c 有限元分析软件的基本应用情况进行阐述 ， 并剖析基于 Ma r c有限元分析的二级减速器齿轮优 化设计内容 ， 以期为同类型设计项目的完善带来有益的借鉴。 关 键 词 前言 运用 M a r c有限元分 析方法 ，是在 以 往所采用的静态分析的基础上，针对二 级减 速器 齿轮进 行优 化设 计 。在 这一过 程中，是以二级减速器齿轮的体积等 目 标 函数为 依据 ，以齿轮 的结 构尺 寸 以及 该物件所允许的应力为基础条件，构建 了较为 科学化 的数学模型 ，凭借 M a r c有 限元分析软件的功能，将复杂的物件结 构处理进行优化，从而达到了升级设计 程 序 的 目标 ，能够在 一定程 度 上保证 其 所分析设计 出来 的结果符合要求。 1 浅析 Ma r c有限元分析软件 M a r c有 限元分析 实 际上 利用 的是功 能齐全的高级非线性有限元软件来实现 的，因该软件有着较强的结构性分析能 力，往往一些复杂的分析就依靠它来完 成 ，诸如： “ 线性 ( 非线性 )静力分析”、 “ 模态分析”、 “ 频谱分析”以及 “ 动 力响应分析”等等，其分析结果能够满 足时 下工业 领域 以及 学术 界的 需求 ，为 实践及项 目研究过程提供高质量且层次 丰富的资料。 2 。 基 于 Ma r c有 限 元分 析 的二 级减 速器齿轮设计的内容 通 过研 究传统 设计 方案 中 的二级减 速器 齿轮 设计 内容 ，并找寻 设计 当 中所 出现的实际问题，并针对其中所出现的 问题 进行 处理 ，从实 践过 程来 看，基 于 M a r c有 限元分析 的二级 减速器 齿轮优 化 设计方案较为可行，其 中的诸多设计方 案为 实 际项 目研究 带来 了有益 的帮 助， 而且 ，还为 工业 领域 的生产 部件 的制 备 提供 了高精度 的设 计方 案，从 而实 现高 质量生产， 在这其中，“ 二级减速器齿轮” 的优化设计内容就是在 M a r c 有限元分析 软件 的基础上得来 的 u 。 2 I 传 统设计方案 中的二级减速器齿 轮 设计 内容 机械减速器物件是机器当中的重要 构成部分，其功能是将 “ 原动机”的运 动与动力传递给 “ 工作机”，在整个操 作的过程中依靠二级减速器齿轮的功能 g O 中国机械 Ma c h ln e C h i n 8 来完成 ，在其作用 下，改变 了 “ 原动机 ” 的运动速度及状态等指标，从而顺应当 前 “ 工作 机 ”的实 际需 求 。在 以往 ， 该环节的设计是依据机械减速器齿轮的 静态分析结果来进行的，尽管该方法能 够满 足待设 计物 件 的结构尺 寸要 求 ，但 其精度往往不够，由此可见，传统设计 方案 仍 需优 化 改进 。从 总体 设计 过程来 看，鉴于变速器齿轮的建模、分析以及 优化策略都大致趋同，所以都采用的是 自由网格 形式 来进 行齿轮 划 分，进而 完 成参数化有限元模型的设计。 2 2基 于 M a r c有 限元 分析 的二级 减 速器齿轮优化设计 内容 如若想要针对 二级减速器齿轮部件进 行优化设计，则采用M a r c 有限元分析软 件是不错的选择，因其会为整个部件的设 计提供最有效的设计方案，从而保证在实 际生产制备该类型部件时，尽可 能达到高 质量、低成本的理想化目标。从具体的操 作 过程来看 ，基 于 M a r c有限元分 析的二 级减速器齿轮优化设计方案较为可行，因 该类型设计的结果较传统分析结果更为精 准 ，使设计 目标在满足结构尺寸 以及 许用 应 力的基础上，物件 的体积大小最为合理 。与此 同时 ，对整个物件 制备结果的预 想也极为重要，就比如，在进行齿轮制备 及 安装之前 ，可 以对 齿轮安装孔表面上的 节点进行零位移束缚，而无需考量齿轮设 计 以后 的制造误差等意外状况所能对其产 生的影 响，因其在设计环节 中已经执行了 预估处理 。 齿轮的根部所受到的应力为整个齿 轮 当 中受力最 大 的部位 ，因此 ，在进 行 优化设计的过程中，已经将齿轮根部的 结构进行加固处理，同时，为了降低实 际生产 的物料 成本 ，将设 计方 案 当中 的 材 料改 为 “ 腹 板式 ”设 计模 式。从 现实 的角度来看，由于二级减速器齿轮的参 数化模型的建立过程较为复杂，在传统 的分析方法下就往往达不到高速运算分 析的要求，实际上，M a r c软件分析结果 的呈现 极为 快速 ，而且 ，还可 以针 对某 些细 节部 分 的设 计 内容进 行优化 设计 处 理，从而保证部件的总体设计质量优 良 。在 M a r c有限元 分析 的基 础上 ，齿 轮 的参数化 有 限元模 型的构 建过程 较 以往 有 所简 化，所 以，它 可 以在 第一 时 间对 整 个机 器系 统操作 过程 中的载荷 进 行求 解 ，从而将 减速 器齿 轮 的载荷 按照 齿轮 传递过程 中的转矩压力进行二次施压 。 但尽管如此，鉴于M a r c软件分析的结果 的精度较高，则无需担心齿轮的制造误 差 的出现或 是在 安装 过程 中 出现 问题 ， 因其载荷能力是符合标准的。 3 结束语 通 过对 兰级 减速器 齿轮 的传 统设计 依据及 其 结果 的分析 ，并结 合二 级减速 器齿轮在机器中的重要作用，了解到该 类型机械性能的实际要求，并在 M a r c软 件分析结果的基础上，进一步优化了二 级减 速器 齿轮 物件 的设计 方案 。在实 践 过程 中发现，基于 M a r c软件分析结 果的 二 级减速 器齿 轮设 计 内容较 为合理 ，因 其实在较为精准的结构设计的基础上完 成 的，设 计方 案能够 为 实际生 产带 来 了 较为有力的帮助。 参考文献： 1 张 勇， 张 树 生 ，张 开 兴 基 于 C A T I A的减速器输出轴有限元分析 J 机械与 电子 ，2 0 1 0 ，0 6 ( 0 6 )：i卜1 3 2 高爱梅，李金 良，周满山，等 矿 用减速器啮合直齿轮有限元分析及优化 啊 起重运输机械，2 0 1 4 ，0 4( o 4 )：8 4 - 8 5 3 李永亮 连轧管机减速器齿 轮轴 端部螺栓安全使用寿命分析 J C A D C A M与 制造业信息化，2 0 1 4 ，1 1( ii)：4 3 - 4 5 4 王 同庆 ，王文 武 基 于 U G的行 星齿 轮减速 器 齿轮轴 的有 限元 分析和 优 化 J 中小企业管理与科