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減速器在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，能夠降低原動機轉速或增大扭矩，是一種被廣泛應用于工礦企業(yè)及運輸、建筑等部門的機械部件。傳統(tǒng)的減速器設計主要是憑借經驗或直觀判斷來確定方案，并在滿足所提出要求的前提下，首先根據(jù)齒輪的接觸強度或彎曲強度進行設計，然后對該方案進行強度校核，同時進行適當修改以確定結構尺寸。減速器軸是其主要零部件，主要功用是支承機器中的旋轉零件(如齒輪、帶輪等)，并傳遞運動和動力。所以減速器軸的強度分析是非常重要的，以下我們就軸的傳統(tǒng)強度分析與有限元分析作一下對比，最終得出有限元強度分析是非常有效的一種方法。已知電動機的相關參數(shù)：功率P=25kw，轉速n=970r/min，先作出軸的受力計算簡圖，去集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。
根據(jù)減速器軸的相關參數(shù)，運用三維建模軟件Solidworks建立軸的實體模型，在建模時采用草圖加旋轉特征的方法而不是逐步疊加法，采用該方法不僅可以縮短建模時間而且可以任意調整相關尺寸而不出現(xiàn)錯誤。最終建立的實體模型如圖所示。將Solidworks建立的實體模型導入大型有限元分析軟件ANSYS中進行有限元分析。為了提高分析精度，采用整體模型作為分析對象，最終離散出來的有限元模型如圖所示，離散的單元數(shù)為92262，節(jié)點數(shù)為174860。軸的材料為45調質鋼，該型材料的屈服極限為59 MPa，根據(jù)機械設計手冊等相關文獻的規(guī)定和軸在減速器中的受力特性對軸施加相應的載荷和約束條件。最終計算得到軸的最大Von Mises應力值為30MPa，如圖所示，最大應力發(fā)生在軸的剖面D處，與傳統(tǒng)計算結果非常吻合。
(1)通過減速器軸的對比計算，傳統(tǒng)計算步驟較為繁瑣，而運用有限元分析方法對軸進行強度分析，計算得出的結果和傳統(tǒng)計算比較接近，甚至更安全，從而提高了工程計算效率。同時還能很直觀的看出危險截面，對其進行修改提供了很大的便利，對機械工程人員的工作量不僅有一定的減輕，還對其精度有了進一步的提高。這對以后ANSYS在一般機械方面的設計提供了一定參考，對其推廣也有一定的意義。(2)根據(jù)軸的設計標準或規(guī)范，計算得到結構上危險部位處的應力分布結果，以便判斷所設計結構的可靠性，并在此基礎上對結構進行優(yōu)化設計，從而避免某些結構或零部件由于過大的應力或壓曲失穩(wěn)而損壞、并控制機械結構整體及其零部件的剛性性能。另外，對于那些所受應力較小、結構材料利用不充分的區(qū)域可以結合加工和制造工藝的實際情況進行材料板厚減薄、截面尺寸減小等，從而達到設計階段的成本降低控制。(3)采用CAD/CAE技術對減速器軸進行強度分析，不僅可以節(jié)省計算時間，提高計算效率，而且建立了一整套關于軸強度分析的工程驗證方法，對今后軸強度分析提供相關工程分析方法。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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