基于Workbench蝸輪蝸桿減速器中傳動設計

苗君明

遼寧裝備制造職業技術學院（ 沈陽 110161）

0 引言

Workbench在CAE 功能上引領現代產品研發科技，涉及的內容包括：高級分析、網格劃分、優化、多物理場和多體動力學。

ANSYS 在 Workbench平臺下融合了更多的ANSYS的核心技術，提供了這些產品集成化的解決方案，提高了用戶的生產力。Workbench是第一個除結構分析能力外，又具備電磁分析能力、以及業界領先的CFD及網格劃分技術（CFX和 ICEM CFD）的 ANSYS軟件版本。并且，Workbench還豐富了材料庫，兌現了ANSYS公司對客戶的承諾，也就是，針對市場提供集成化、模塊化、可擴展的工程仿真解決方案。

在 Workbench的界面下，在統一的環境中輕松完成整個CFD仿真流程。就如同一件精美的藝術品，用戶可以通過它來完成CAD的數據讀取、幾何處理、網格劃分、物理環境設置、求解控制以及后處理，而不再需要在完全不同的產品中切換和處理數據庫文件。

1 蝸輪蝸桿傳動設計

1.1 蝸輪蝸桿減速器要求參數

蝸輪蝸桿減速器設計要求牽引力(F)：3KN，速度(V)：0.45m/s。

1.2 傳動零件的設計計算

(1)選擇蝸桿的傳動類型

根據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

模數m=5

蝸桿頭數 z1=2

蝸輪齒數 z2=41

蝸輪變位系數 X2=-0.5

蝸桿分度圓導程角r= 1 1°18′36′′

直徑系數q=10.0

則計算如下

蝸桿軸向齒距

蝸桿導程

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軟件的應用主要是對二級減減速器的三根軸進行應力分析和強度校核，其中軸的建模在 SolidWorks三維軟件中完成然后導入到Workbench軟件中進行有限元分析。

減速器裝配與工作過程中，各軸與軸承以及相應的齒輪配合。同時承受著它們作用在軸上的軸向、周向、徑向三個方向的應力。在分析過程中，軸向力轉化為作用在軸上的一對力偶，周向力轉化為作用在鍵槽內側的其中一個面上的應力，徑向力則轉化為作用在鍵槽所在的半圓柱面上的應力。這樣便能符合 Workbench軟件的分析條件。將這些力施加到對應的面上以后進行求解，得出結果。

圖1-圖6為利用三維分析軟件Workbench對蝸輪蝸桿減速器的軸進行校核的圖示結果。

圖1 蝸桿軸網格圖

圖2 蝸桿軸等效應力

圖3 蝸桿軸變形

圖4 蝸輪軸網格圖

圖5 蝸輪軸等效應力

圖6 蝸輪軸變形

2 結論

應用 Workbench進行強度校核過程中，將齒輪的周向力及輸入輸出扭矩轉化為軸上鍵槽內側面的均布力，分析結果中在該處產生了應力集中現象，該處的應力值偏大，因此這與傳統的軸的應力校核結果出現一定偏，排除由于應力集中引起的偏差，軸的強度校核結果均滿足強度要求。因此，應用Workbench進行軸的強度校核，不僅可以直觀的觀察到應力在各周段的分布情況，而且可以實現強度校核的目的，比傳統的強度校核方法更合理，更方便。

[1]巫少龍,張元祥.基于ANSYSWorkbench的高速電主軸動力學特性分析.設計與研究,2010(9).

[2]李兵,何正嘉等.Ansys Workbench設計、仿真與優化.北京：清華大學出版社,2008.

[3]周春平,張開林.高速動車組萬向節傳動軸花鍵接觸分析.設計與研究,2008(8).