基于ANSYS减速器轴承端盖热结构耦合场分析

1、基于ANSYS的减速器轴承端盖热结构耦合场分析(纯粹为了完成作业写的,得分不高,希望对你有帮助)摘要：减速器在工程机械中运用十分广泛，而其散热一直存在较大的问题。本文运用ansys对减速器轴承端盖进行了热结构耦合场的分析，得出了其散热趋势以及变形趋势,得到了温度分布图、轴向变形云图、轴向应力云图，对减速器轴承端盖的设计和优化有一定的指导意义。关键词：减速器；轴承端盖；ansys ；热、结构耦合场1. 引言减速器是在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用的机构，其在工程机械领域运用十分广泛。对于齿轮圆周速度不大的减速器，一般采用将大齿轮浸入油池中的浸油润滑。这样，齿轮在传动时，就

2、把润滑油带到啮合的齿面上，同时也将油甩到箱壁上，借以散热。工作中，当发现油温温升超过80或油池温度超过100及产生不正常的噪声等现象时应停止使用，检查原因，必须排除故障，更换润滑油后，方可继续运转。运用ansys对减速器轴承端盖进行热结构耦合场的分析，得出了其散热趋势以及变形趋势，这样我们运用传感器对减速器轴承端盖进行检测，就能大致预测减速箱内部的温度，有利于传感器使用寿命的提高。同时我们将得到轴承端盖的温度分布图、轴向变形云图、轴向应力云图，对减速器轴承端盖的设计和优化有一定的指导意义。2. 轴承端盖热结构模及相关参数条件建立2.1热结构分析方法减速器轴承端盖的结构及结构的材料参数与热变化过

3、程相互影响，需要按照热、结构耦合模式进行分析。ANSYS提供了两种耦合场的分析方式：间接法和直接法。间接法求解热结构耦合问题也称为热应力分析，是指温度场引起结构场中的热应变、热应力，但结构应变场的变化不影响温度场。在此类问题中作为体载荷直接施加在结构上的节点温度可以直接定义或由热分析获得。直接法则使用具有位移和温度自由度的耦合单元类型，同时得到热分析和结构应力分析的结果。对于没有呈现高度非线性相关的热结构耦合问题，一股使用间接法分别进行热分析和结构分析搞更有效和灵活。但对于高度非线性相关的热结构耦合问题，直接法可以得到比较准确的结果。我们将运用间接分析法来分析减速器轴承端盖的热结构耦合问题。2

4、.2轴承端盖模型简化及相关参数建立减速器轴承端盖有各种各样的类型，本文讨论如下图1中比较常用的一种轴承端盖。图1 减速器中的轴承端盖D为轴承外径，我们选用90mm；D2=D+（55.5）d3,d3为M12螺钉大径，所以D2=150mm；厚度e3=8mm；具体尺寸如下图2，图2 轴承端盖尺寸图在ansys建模中，我们忽略了一些局部的圆角，同时，我们将螺栓联接处作为无差别的端盖材料处理。端盖的材料为45钢，弹性模量200GPa,泊松比0.3，传热系数19w/(m2.K),热膨胀系数0.6510-5/-1。轴承端盖轴向位移被约束，给定其内表面受轴向挤压位移0.1mm，减速器内温度为100，端盖外温（

5、室温）为20。3轴承端盖热结构耦合场分析ansys程序开发3.1轴承端盖温度分布云图首先将数据库清空，更改工作文件名为thermal-struct,分析标题为thermal stress analysis of a structure,定义单元类型，材料属性，建立几何模型，划分网格（如图3）图3 轴承端盖网格划分设置求解类型为steady-state,施加温度载荷并求解，得到轴承端盖节点温度分布云图（如图4）图4 轴承端盖温度分布云图3.2轴承端盖热结构耦合ansys分析转换模型的单元类型为thermal to struc,定义材料机械属性为EX=200e9,PRXY=0.3,ALPX=0.6

6、5e-5,施加端盖内表面轴向变形0.1mm,设置参考温度为20，读取文件thermal-struct.rth中节点温度的数据，保存并求解。得到轴承端盖轴向变形云图（图5）、轴承端盖轴向应力云图（图6）。图5 轴承端盖轴向变形云图图6 轴承端盖轴向应力云图至此，有限元分析程序开发完毕，保存数据，退出ansys。4.结论通过此次分析我们得到了轴承端盖的温度分布云图，可以看出，越靠近端盖中心处，温度变化越快，越灵敏，所以我们可以考虑将温度传感器安装在轴承端盖中部，同时，进行进一步热传递关系的研究，就可有效的预测出减速箱内的温度。根据这一规律，我们也可以对轴承端盖进行有利于散热的结构改进。同时，我们得

7、到了轴承端盖轴向变形云图和轴承端盖轴向应力云图，可以看出，在端盖有转角的地方变形大，我们可以依此对其进行结构上的强化。参考文献1 李红云, 赵社戌, 孙雁编著. ANSYS 10.0基础及工程应用. 北京：机械工业出版社，2008.62王春燕,张文芳,葛家山,徐小龙.基于ANSYS的减速器箱体结构优化J. 机械工程师,2013,(8).3姚海明,王会刚,刘伟,张伟杰.基于ANSYS主减速器壳应力及模态分析J. 机械设计与制造,2010,(3).4杨宝东,王金光,赵军.应用红外热像技术诊断某船用齿轮箱输入轴轴承端盖过热故障J. 中国修船,2013,(5).5徐友良,李伟,雷吉平,刘克荣.轴承端盖

8、复合模设计J. 模具工业,2008,(8).命令流：/FILNAME,thermal-struct,0 /TITLE,thermal stress analysis /DIST,1,1.,1 /REP,FAST /PREP7 !* ET,1,PLANE77!* KEYOPT,1,1,0KEYOPT,1,3,1!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,KXX,1,19K, ,0,0.002, K, ,0.045,0.002, K, ,0.045,0, K, ,0.075,0, K, ,0.075,0.008, K, ,0.045,0.008, K, ,0.045,0.016

9、, K, ,0.039,0.016, K, ,0.037,0.008, K, ,0,0.008, /AUTO,1 /REP,FAST FLST,2,10,3 FITEM,2,1 FITEM,2,2 FITEM,2,3 FITEM,2,4 FITEM,2,5 FITEM,2,6 FITEM,2,7 FITEM,2,8 FITEM,2,9 FITEM,2,10 A,P51X SAVEESIZE,0.002,0, MSHAPE,0,2D MSHKEY,0!* CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y

10、1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /REPLOT,RESIZE SAVECPINTF,TEMP,0.0001, FINISH /SOL!* ANTYPE,0NSEL,S,LOC,Y,0 CM,CM-STEEL-LOWER,NODE FLST,2,31,1,ORDE,3 FITEM,2,48 FITEM,2,50 FITEM,2,-79 !* /GO D,P51X, ,20, , , ,TEMP, , , , , NSEL,S,LOC,Y,0.8CM,CM-STEEL-UPPER,NODE FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,7 !*

11、 /GO DL,P51X, ,TEMP, ,0 FINISH /PREP7 CPINTF,TEMP,0.0001, FINISH /SOL!* ANTYPE,0NSEL,S,LOC,Y,0 CM,CM-STEEL-LOWER,NODE FLST,2,3,4,ORDE,2 FITEM,2,1 FITEM,2,-3 !* /GO DL,P51X, ,TEMP,20,0 NSEL,S,LOC,Y,0.8CM,CM-STEEL-UPPER,NODE FLST,2,3,4,ORDE,2 FITEM,2,7 FITEM,2,-9 !* /GO DL,P51X, ,TEMP,100,0FINISH ALLS

12、EL,ALL /SOLU /STATUS,SOLUSOLVE FINISH /POST1 !* /EFACET,1 PLNSOL, TEMP, 0FINISH /PREP7 ETCHG,TTS !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,200e9 MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 UIMP,1,REFT, MPDATA,ALPX,1,0.65e-5 FINISH CMSEL,S,CM-STEEL-LOWER /SOLU FLST,2,31,1,ORDE,3 FITEM,2,48 FITEM,2,50 FITEM,2,-79 !* /GO D,P51X, ,0, , , ,UY, , , , ,CMSEL,S,CM-STEEL-UPPER FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,7 !* /GO DL,P51X, ,UY,-0.0001NSEL,S,LOC,X,0 FLST,2,7,1,ORDE,4 FITEM,2,1 FITEM,2,142 FITEM,2,180 FITEM,2,-184!* /GO D,P51